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近些年来,随着高科技产业对半导体材料、光电材料以及高效激光介质等新型材料需求的日益增长,含硅反应体系已引起人们的广泛的兴趣,它们在基础研究及应用领域的重要性也越来越为人们所认识。本文选取具有重要理论意义和实际应用前景的SiF+、SiCl+和SiH4+H反应体系作为研究目标,开展了构建多激发态势能曲线和高精度全维势能面的的工作,还进行了相关动力学的研究,主要内容如下:
(1)首次纳入旋轨耦合效应并采用icMRCI+Q方法对SiF+和SiCl+体系进行了高精度计算及系统深入的研究,获得了它们的12个Λ-S电子态以及由此产生的23个旋轨Ω态及相应的势能曲线和束缚态的光谱常数,研究了旋轨耦合效应对势能曲线和光谱常数的影响,分析了势能曲线的交叉和预解离机理,预测了包括Franck-Condon因子和辐射寿命在内的跃迁性质。所得的理论结果和已有的实验结果吻合得很好。本论文的研究结果是对原子、分子物理学和分子光谱学中相关分子离子的光谱和微观动力学研究的重要补充,为研究相关分子离子的预解离和旋轨耦合效应提供重要参考,也为改进和发展半导体及微电子器件制备工艺中的光谱检测技术提供理论依据。
(2)在WSB势能面的基础上,我们构建了可以同时描述SiH4+H反应体系抽取和交换反应的更高精度的从头计算全维势能面,并进行了相关动力学计算。通过比较和分析各种高水平的从头计算结果,我们认为SiH4+H→SiH3+H2反应的经典垒高为5.34 kcal/mol,误差为0.15kcal/mol。同时计算结果也表明UCCSD(T)/cc-pVQZ计算水平不仅能够获得较为准确的结果而且是比较省时的方法。在构建的势能面上我们使用准经典轨迹方法详细研究了SiH4+H→SiH3+H2反应的微观动力学。通过在不同碰撞能下作轨迹计算,得到了反应截面随碰撞能变化的关系(即激发函数);在碰撞能为0.015 a.u.时,得到碰撞产物的振动能、转动能以及相对平动能的分配情况、双原子产物H2的振-转态分布;计算得到的经过零点能校正后的热速率常数与实验结果吻合得很好。基于该势能面的变分过渡态理论计算获得了关于SiH4+H抽取反应的热速率常数和和同位素效应等信息,所得结果都与现有的实验值吻合得很好。我们希望现在的理论研究能够对于所研究的反应体系的动力学信息给以详尽的描述并激发对该反应体系的实验研究兴趣。