不同材料間的界面對器件的性能具有決定性的影響,光伏電池,晶體管等器件性能無不與材料的界面密切相關(guān),因此,研究材料的界面性質(zhì)具有重要意義。此外,由于有機小分子具有模塊化組裝,柔性等特點,近年來正備受關(guān)注,但是由于有機分子與金屬(半導(dǎo)體)間的界面行為與傳統(tǒng)半導(dǎo)體界面存在差異,從而需要進一步研究其界面行為。文章首先討論了相關(guān)的界面問題,介紹了有機小分子-金屬界面和有機小分子-半導(dǎo)體界面性質(zhì),其次總結(jié)了影響這些性質(zhì)的主要因素并得出這些性質(zhì)會影響界面電子態(tài),最后根據(jù)這些影響因素,選擇具有代表性的有機小分子酞菁鈷(CoPc)和2,7-二澳芘(2,7-Dibromopyrene,C16H8Br2),并以Ag(111),Cu(111),Si(111)和SiC(0001)作為襯底,分別對金屬上的有機分子和半導(dǎo)體上的有機分子(石墨烯)電子態(tài)進行研究,同時對其電子態(tài)進行調(diào)控。文章實驗部分總體上可以分為三大部分,第三章為金屬上有機小分子的電子態(tài)調(diào)控實驗,第四章和第五章比較了金屬和半導(dǎo)體上有機小分子的結(jié)構(gòu),并對半導(dǎo)體上的有機小分子進行了調(diào)控,第六章探討了如何在襯底SiC上調(diào)控單層石墨烯電子態(tài)。CoPc在Cu(111)界面會發(fā)生原子取代反應(yīng),襯底Cu原子取代酞菁環(huán)中心的Co原子形成CuPc,產(chǎn)物Co原子與Cu襯底形成合金。這一過程開始于室溫,熱退火促進了反應(yīng)的進行,全過程可以通過XPS、UPS獲得電子態(tài)變化趨勢,DFT計算驗證了我們的假設(shè)。在這章中我們可以通過原位退火的方式使有機小分子和襯底反應(yīng),調(diào)控電子態(tài)變化。在室溫襯底上能夠制備自組裝的C16H8Br2島狀結(jié)構(gòu)。在熱襯底上制備樣品能夠得到C16H8Br2與Ag原子反應(yīng)形成的中間體(Ag-C16H8-Ag)以及鏈狀結(jié)構(gòu)([C16H8]n),此過程中產(chǎn)生的Br原子通過氫鍵的方式影響著中間體在Ag(111)表面的取向。與前面的處理方式不同,對Si(111)7×7上的C16H8Br2進行直流加熱獲得樣品,并研究其電子態(tài)變化,得出二澳芘能夠脫氫和澳形成自由基——-C16-結(jié)構(gòu)(Radical 2,7-Dibromopyrene,RDP),這些活化分子通過靜電排斥作用自組裝在Si(111)7×7表面的,控制直流加熱(Flash)次數(shù),能夠在半導(dǎo)體Si上形成穩(wěn)定的鏈狀碳納米結(jié)構(gòu)。通過比較,金屬Ag上的有機分子單體和有機分子鏈通過氫鍵相互作用控制著間距和取向,而半導(dǎo)體Si上則通過靜電排斥作用影響RDP排列和有機分子鏈的取向。插層Fe原子在SiC(0001)上獲得準(zhǔn)直立石墨烯。首先經(jīng)過Flash SiC(0001)獲得單層的石墨烯,在其上蒸渡Fe原子,再經(jīng)過多步熱退火,可以獲得準(zhǔn)直立的石墨烯結(jié)構(gòu),這過程中可以很清楚地通過XPS看到芯能級態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)石墨烯的含量增加。并且通過ARPES看到價帶的變化過程,由單層石墨烯向雙層石墨烯轉(zhuǎn)變。在此過程中拉曼譜可以判定石墨烯的質(zhì)量得到了改善。本文主要探討了有機分子在金屬和半導(dǎo)體襯底上的行為并且調(diào)控其電子態(tài)變化過程,主要通過熱退火(輻射加熱,直流加熱)以及插層原子的方式來實現(xiàn)。希望本文能夠拓寬金屬/半導(dǎo)體襯底上的碳納米結(jié)構(gòu)的制備方法,并為低維碳納米結(jié)構(gòu)的電子態(tài)調(diào)控提供借鑒。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TN304
【部分圖文】：

可以近似地認(rèn)為是理想的傳輸界面，即理想的金屬－有機半導(dǎo)體肖特基界面??［３９］。圖１－?１（ａ）為具有理想肖特基－莫特界面的金屬－有機小分子能級圖，從圖上??可以看出，具有功函數(shù)０的金屬費米能級辦處于有機分子帶隙中，并且真空能??級（五Ｖａｃ）齊平。此外，有機分子的電子親和勢（ＥＡ）和電離能（ＩＥ）不受金屬??影響，最高占據(jù)態(tài)分子軌道（ＨＯＭＯ）和最低未占據(jù)態(tài)分子軌道（ＬＵＭＯ）也不??發(fā)生變化。但是，實際上有機分子通過物理吸附的方式存在于金屬上時，大都會??產(chǎn)生界面偶極（ＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＤｉｐｏｌｅ，ＩＤ）的現(xiàn)象，并發(fā)生能帶移動或者彎曲。如圖??１－１（ｂ）所示，界面偶極大小為ＩＤ。有機分子的能級結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)的改變，ＨＯＭＯ??和ＬＵＭＯ會發(fā)生輕微移動，金屬費米能級在有機分子帶隙處的位置也發(fā)生相應(yīng)??的變化。??２??

其初衷是為了能夠調(diào)整硅表面的電子性質(zhì)，能夠提高電子在界面處的傳輸效??率［６５，６６］。其原理是通過不飽和分子與Ｓｉ上的懸掛鍵發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，解離反應(yīng)，??或者是其它機制反應(yīng)來實現(xiàn)成鍵［２２—２４，６７’６８］。圖１－?３是Ｓｉ（ｌｌｌ）７Ｘ７表面化學(xué)吸附??含有不飽和鍵（包括芳香烷烴）有機分子的示意圖。當(dāng)非烷烴類含不飽和鍵的有??機分子在Ｓｉ（ｌｌｌ）７Ｘ７上時，通過適當(dāng)?shù)奶幚恚@些不飽和鍵

??圖１－２：文獻中通過光電子能譜和反光電子能譜獲得的一些有機分子界面間的能級圖與界面偶??極。??１．３．２．成鍵界面??無機－有機成鍵界面最具代表性的是硅（Ｓｉ（ｌｌｌ）、Ｓｉ（１００）等）與有機分子成??鍵，其初衷是為了能夠調(diào)整硅表面的電子性質(zhì)，能夠提高電子在界面處的傳輸效??率［６５，６６］。其原理是通過不飽和分子與Ｓｉ上的懸掛鍵發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，解離反應(yīng)，??或者是其它機制反應(yīng)來實現(xiàn)成鍵［２２—２４，６７’６８］。圖１－?３是Ｓｉ（ｌｌｌ）７Ｘ７表面化學(xué)吸附??含有不飽和鍵（包括芳香烷烴）有機分子的示意圖。當(dāng)非烷烴類含不飽和鍵的有??機分子在Ｓｉ（ｌｌｌ）７Ｘ７上時
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳汲安;硅中替位式和間隙式IB族雜質(zhì)的電子態(tài)[J];物理學(xué)報;1988年07期

2 田興時;電子態(tài)躍遷中的分子對稱性[J];云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1988年04期

3 韓克利,何國鐘,樓南泉;Ca(~1S_0)+CH_2Cl_2、CHCl_3和Ca(~3P)+CH_2Cl_2、CHCl_3反應(yīng)的動態(tài)學(xué)研究[J];物理化學(xué)學(xué)報;1988年06期

4 夏建白;半導(dǎo)體電子態(tài)理論簡介(Ⅰ)[J];物理;1989年06期

5 夏建白;半導(dǎo)體電子態(tài)理論簡介(Ⅲ)[J];物理;1989年08期

6 王向東,王迅;固體表面的空電子態(tài)及其探測方法[J];物理;1990年02期

7 王永良;硅中層錯帶中空位的電子態(tài)[J];半導(dǎo)體學(xué)報;1998年03期

8 張昀,閔志元,李重德;分子長程作用導(dǎo)致的電子態(tài)轉(zhuǎn)移半徑典量子理論[J];無機化學(xué)學(xué)報;1999年03期

9 趙明山,代作曉,周軍,李國華;C_(60)溶液、孤立分子及薄膜形態(tài)電子態(tài)結(jié)構(gòu)分析[J];曲阜師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年02期

10 楊傳錚，韓定定，朱紅妹;Fe_3O_4中鐵離子電子態(tài)的XDAFS研究[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報;1996年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 沈孔超;過渡金屬及半導(dǎo)體表面低維碳納米結(jié)構(gòu)的電子態(tài)調(diào)控研究[D];浙江大學(xué);2019年

2 單石敏;鹵代卡賓和氮賓分子的電子態(tài)結(jié)構(gòu)和光解離機制[D];吉林大學(xué);2018年

3 張貴銀;氮氧化物電子態(tài)光譜研究及光學(xué)檢測[D];河北大學(xué);2005年

4 侯春園;與大氣污染相關(guān)的幾類含氮和含氧小分子自由基的激發(fā)態(tài)理論研究[D];吉林大學(xué);2007年

5 金丹;有機—無機半導(dǎo)體界面的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)的研究[D];浙江大學(xué);2011年

6 宋明星;與大氣和星際相關(guān)瞬變物種激發(fā)態(tài)的理論研究[D];吉林大學(xué);2011年

7 孫二平;三原子鹵代卡賓自由基電子態(tài)的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

8 朱俊;應(yīng)變纖鋅礦量子阱中的電子態(tài)[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2012年

9 陳鐵鋅;同步輻射光電發(fā)射方法研究ZnO基稀磁半導(dǎo)體帶隙雜化電子態(tài)及其磁性關(guān)聯(lián)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

10 劉悅婕;與星際和大氣相關(guān)小分子的激發(fā)態(tài)理論研究[D];吉林大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王雅麗;YbH、YbF分子的電子態(tài)結(jié)構(gòu)研究[D];安徽師范大學(xué);2019年

2 李建鑫;二維MXene材料近自由電子態(tài)的外場調(diào)控[D];上海師范大學(xué);2019年

3 陳晨;N_2和N_2~+分子結(jié)構(gòu)計算及光譜模擬[D];沈陽師范大學(xué);2018年

4 李玲;異硒氰酸低能電子態(tài)多參考態(tài)的理論研究[D];吉林大學(xué);2014年

5 邢偉;若干雙原子分子（離子、自由基）低電子態(tài)光譜性質(zhì)的理論研究[D];信陽師范學(xué)院;2012年

6 楚亮;不同維度半導(dǎo)體電子態(tài)之間隧穿機制的研究[D];溫州大學(xué);2011年

7 韓曉鋒;SO_2分子價電子態(tài)及里德堡態(tài)光譜研究[D];河北大學(xué);2005年

8 程冬;SrCl分子低激發(fā)電子態(tài)光譜性質(zhì)的理論計算[D];安徽師范大學(xué);2017年

9 劉超;GuC和CuN電子態(tài)結(jié)構(gòu)的MRCI計算[D];曲阜師范大學(xué);2016年

10 劉明偉;CoPc在Au（111）表面吸附的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)研究[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號：2844234