小分子在硅表面吸附機(jī)理的理論研究.pdf

1、半導(dǎo)體硅在微電子技術(shù)領(lǐng)域是最重要的功能材料,隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,對其光、熱、電、機(jī)械等性能的要求越來越高。科學(xué)家研究出可以通過對硅表面進(jìn)行化學(xué)修飾來改進(jìn)其性能。本文主要從理論方面探討小分子在硅表面上的反應(yīng)機(jī)理。主要的研究體系有H2S分子在Si(111)-7×7面上的吸附解離,吡嗪和嘧啶在Si(111)-7×7表面上的化學(xué)吸附,二甲基硅烷和三甲基硅烷在Si(100)-2×1表面上的分解吸附。
　　首先,采用密度泛函理論研究H2S分子

2、在Si(111)-7×7表面的吸附解離。對四個H2S分子分別在吸附原子和剩余原子位上的分解反應(yīng)路徑進(jìn)行了研究。計算結(jié)果表明,第一個H2S分子在這兩個不同的硅原子位置上的初始吸附解離而形成SH吸附物是無能壘的過程。升高溫度可導(dǎo)致H-S鍵進(jìn)一步分離。這種分離開始于H-S碎片的插入,接著是H-的轉(zhuǎn)移過程。隨后,第二個H2S分子進(jìn)攻吸附原子位(Sia),第二個H2S分子中的一個H原子和Sia-H表面的H原子被提取而釋放出氣態(tài)H2,第二個H2S分

3、子剩余的S-H碎片占據(jù)吸附原子位(Sia)。緊接著S-H碎片插入到Sia-Si背鍵。隨后是H-轉(zhuǎn)移到吸附原子位(Sia)上的過程。同樣,來自于第三個和第四個H2S分子的Si-H碎片分別被插入到Sia-Si背鍵,伴隨著H的轉(zhuǎn)移過程而最終形成Si4+態(tài)。
　　其次,利用密度泛函理論結(jié)合簇模型研究了吡嗪和嘧啶在重構(gòu)的Si(111)-7×7表面上的化學(xué)吸附機(jī)理。吡嗪和嘧啶在Si(111)-7×7表面上的三種化學(xué)吸附類型,如配鍵結(jié)合,[4+

4、2]-類和[2+2]-類環(huán)加成反應(yīng)分別得到了研究。計算結(jié)果表明:[4+2]-類環(huán)加成反應(yīng)與配鍵結(jié)合和[2+2]-類環(huán)加成反應(yīng)相比,是熱力學(xué)和動力學(xué)最有利的反應(yīng)過程。
　　最后,利用DFT方法并結(jié)合Si15H16雙二聚體簇模型和Si23H24V-trench模型計算了二甲基硅烷和三甲基硅烷在Si(100)-2×1表面上的分解吸附機(jī)理。三個不同的Si-H,C-H,和Si-C斷裂的反應(yīng)路徑分別通過理論方法研究。計算結(jié)果表明:二甲基硅烷和