本文選題：二環(huán)硅烷 + 掃描隧道顯微鏡斷裂分子結(jié)測試��； 參考：《上海師范大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：單晶硅在半導(dǎo)體材料中占據(jù)著重要的地位,其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由Si-Siσ單鍵相互連接而形成的正八面體結(jié)構(gòu)。金剛烷與單晶硅具有相同的空間結(jié)構(gòu),但兩種材料的物理、化學(xué)、電學(xué)性能卻有本質(zhì)上的差異。分子形態(tài)是宏觀單晶硅半導(dǎo)體材料的主要組成部分。由摩爾定律可知,半導(dǎo)體器件尺寸會越來越小,硅電子器件也有同樣的趨勢。當(dāng)硅電子器件尺寸從宏觀狀態(tài)變成小分子尺度——單個有機(jī)硅分子,宏觀下的電學(xué)規(guī)律將不再適用。因此研究納米尺度下有機(jī)硅分子的電子行為具有非常重要的科學(xué)意義。目前已知,導(dǎo)電通路和分子張力是影響單分子電導(dǎo)的重要因素,我們期望通過對這兩個因素的可控調(diào)節(jié),來研究它們對有機(jī)硅分子電導(dǎo)性能的影響。本論文的主要研究內(nèi)容是二環(huán)硅烷結(jié)構(gòu)的電子傳遞特性。目前已報(bào)道的二環(huán)硅烷結(jié)構(gòu)有很多,例如:二環(huán)[2.2.1],[2.2.2],[1.1.1]硅烷等。相比于已報(bào)道的結(jié)構(gòu),本論文的一個突出特點(diǎn)在于,經(jīng)過特定的修飾,可以使環(huán)硅烷連接在單分子器件中,進(jìn)而能測試其電子傳輸特性。掃描隧道顯微鏡斷裂分子結(jié)(STM-BJ)測試是一種被廣泛應(yīng)用于研究電子遷移機(jī)理的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法,該方法將有機(jī)分子連接在針尖與金屬基底之間,并測試單一分子的電子傳遞性能。例如:STM-BJ測試不僅可用于研究電子傳遞機(jī)理(隧穿、共振躍遷或連續(xù)躍遷),還可以了解載流子的本質(zhì)(電子或空穴)。STM-BJ測試不僅為分子電子學(xué)的發(fā)展提供強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)手段,同時(shí)還可以用于研究有機(jī)硅單分子器件的電子遷移情況。本文合成了一系列功能化的二環(huán)硅烷,并將它們連接在STM的金屬針尖與基底之間,測試了該類二環(huán)硅烷的單分子的電學(xué)行為。經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)二環(huán)硅烷:二環(huán)[2.2.1]、[2.2.2]硅烷都有一個導(dǎo)電狀態(tài),且二環(huán)[2.2.1]硅烷的電導(dǎo)比二環(huán)[2.2.2]硅烷高。(2)外接硅鏈二環(huán)硅烷:二環(huán)[2.2.1]、[2.2.2]硅烷的電導(dǎo)都隨著鏈長增加而降低,這符合隧穿機(jī)理。所得到的二環(huán)[2.2.2]硅烷的隧穿系數(shù)β=0.55±0.14,課題組測出直鏈硅烷β=0.7。外接不同長度硅鏈的二環(huán)[2.2.2]硅烷隧穿系數(shù)與直鏈結(jié)構(gòu)相似。其原因可能是納米尺度下電子的傳輸與宏觀狀態(tài)下有很大的不同,二環(huán)[2.2.2]硅烷雖然增加了導(dǎo)電通路,但并未出現(xiàn)宏觀電路中類似并聯(lián)電路的結(jié)果。
[Abstract]:Monocrystalline silicon plays an important role in semiconductor materials. Its chemical structure is a normal octahedral structure formed by the connection of Si-Si 蟽 single bond. Adamantane has the same spatial structure as monocrystalline silicon, but the physical, chemical and electrical properties of the two materials are essentially different. Molecular morphology is the main component of macroscopical monocrystalline silicon semiconductor materials. According to Moore's law, semiconductor devices will be smaller and smaller, silicon electronic devices have the same trend. When the size of silicon electronic device changes from macroscopic state to small molecular scale-a single organosilicon molecule, the macroscopic electrical law will no longer be applicable. Therefore, it is of great scientific significance to study the electronic behavior of organosilicon molecules at nanometer scale. It is now known that conduction pathways and molecular tension are important factors affecting the conductivity of monolayers. We hope to study their effects on the conductivity of organosilicon molecules through the controllable regulation of these two factors. The main content of this thesis is the electron transfer characteristics of dicyclic silane structure. Many structures of dicyclic silane have been reported, for example: dicyclo [2.2.1], [2.2.2], [1.1.1] silane and so on. Compared with the reported structure, one of the outstanding features of this paper is that the cyclosilane can be connected to the monolayer device by special modification, and the electron transport characteristics of the device can be tested. Scanning tunneling microscope fracture molecular junction (STM-BJ) measurement is a basic experimental method which is widely used to study the electron transport mechanism. It connects organic molecules between the tip of the needle and the metal substrate and tests the electron transfer properties of a single molecule. For example, the: STM-BJ test can be used not only to study the mechanism of electron transfer (tunneling, resonant transition or continuous transition), but also to understand the nature of carriers (electrons or holes) .STM-BJ testing not only provides a powerful experimental means for the development of molecular electronics. It can also be used to study the electron migration of organosilicon monolayers. A series of functional dicyclic silanes have been synthesized and connected between the metal tip of STM and the substrate. The electrical behavior of the monolayers of this kind of dicyclic silanes has been measured. Through the analysis of the experimental results, the following conclusions are obtained: (1) the bicyclic silane: bicyclic [2.2.1], [2.2.2] silane has a conductive state, The conductance of bicyclic [2.2.1] silane is higher than that of bicyclic [2.2.2] silane. (2) the conductance of binocyclic [2.2.1] silane and [2.2.2] silane decrease with the increase of chain length, which is consistent with the tunneling mechanism. The tunneling coefficient of dicyclic [2.2.2] silane is 0.55 鹵0.14. The two-ring [2.2.2] silane tunneling coefficient with different lengths of silicon chains is similar to that of straight chains. The reason may be that the electron transport at nanometer scale is quite different from that in macroscopic state. Although the bicyclic [2.2.2] silane increases the conduction path, there is no parallel circuit in macroscopic circuit.
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O627.41

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本文編號：2093580