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目录
摘要I
AbstractIII
第一章绪论1
1.1引言1
1.2X射线光谱简介2
1.3吡咯分子在硅表面的研究进展2
1.4噻吩分子在硅表面的研究进展3
1.5本论文开展的主要工作4
第二章量子化学理论7
2.1波恩-奥本海默绝热近似7
2.2哈特利-福克自洽场近似7
2.3密度泛函理论8
2.3.1Hohenberg-Kohn定理8
2.3.2Kohn-Sham定理9
第三章X射线谱理论11
3.1背景介绍11
3.2X射线光电子能谱11
3.3近边X射线吸收精细结构谱13
3.3.1近边X射线吸收精细结构谱的近似方法14
3.3.2光谱的标定和展宽14
第四章吡咯在Si(100)表面吸附构型的X射线谱17
4.1背景介绍17
4.2计算细节18
4.3理论模型18
4.4X射线光电子能谱20
4.5近边X射线吸收精细结构谱23
4.6本章小结28
第五章噻吩在Si(100)表面吸附构型的X射线谱29
5.1背景介绍29
5.2计算细节30
5.3理论模型30
5.4X射线光电子能谱33
5.5近边X射线吸收精细结构谱37
5.6本章小结42
第六章总结与展望43
6.1总结43
6.2展望43
参考文献45
攻读硕士学位期间发表的论文55
致谢57
吡咯、噻吩在Si(100)表面吸附构型的X射线谱理论研究
摘要
硅具有优良的半导体电学特性,是一种热导率高、化学性质稳定的重要半导体材
料。在电子工业中所使用的硅材料纯度较高,并且电学、机械等性能也比较好。此外,
硅的性质优越,工艺技术成熟,是地壳上最丰富的半导体元素,主要应用于各种晶体
三极管的制造,特别是功率器件方面,已成为固态电子器件的主要材料。随着科技的
发展,人们对硅材料性能的要求也逐步提高。为了研发其更多的性能,人们将有机分
子与硅表面结合,即将有机功能分子材料的性能移植到硅材料上。Si(100)表面具有复
杂的反应性,因此广泛应用于微电子工业当中。有机分子具有的独特的光学、电学和
生物学等性能,使得有机分子材料广泛应用于化学工业、药学、材料科学、环境科学
等领域。而在有机分子中,芳香族分子结构稳定,易进行亲电取代反应,并且通过共
价键与硅表面结合。芳香分子的结构使其与硅表面结合产生不同的吸附构型,而这些
构型的性质也不相同。因此,为了有机功能半导体材料的发展,需要对这些不同的硅
表面吸附结构进行识别。
在研究和识别Si(100)表面吸附芳香族分子时,常采用X射线光谱技术。它是研究
有机分子吸附在硅表面上结构的一种有效工具,并且对这些吸附构型的识别和研究具
有非常重要的意义。在本工作中,我们利用X射线光电子能谱(XPS)和近边X射线
吸收精细结构谱(NEXAFS)对吡咯和噻吩吸附在Si(100)表面的结构进行研究。由于
XPS光谱与核轨道的电子电离过程有关,NEXAFS谱涉及到核轨道电子被激发到未占
据轨道,并且XPS和NEXAFS光谱都对分子结构有依赖性,因此根据光谱对不同吸
附构型表现出的依赖性,可以对这些不同的吸附构型进行有效的识别和表征。
在本文中,我们理论模拟了吡咯吸附在Si(100)表面的十三种结构以及噻吩吸附在
Si(100)表面的八种构型,基于密度泛函理论(DFT),通过完全芯态空穴(FCH)近似方法
计算了这些吸附构型的XPS和NEXAFS光谱,并对这些吸附构型的两种光谱进行分
析讨论。具体内容如下:
1.吡咯吸附在Si(100)表面结构
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