单晶硅在半导体材料中占据着重要的地位,其化学结构是由Si-Siσ单键相互连接而形成的正八面体结构。金刚烷与单晶硅具有相同的空间结构,但两种材料的物理、化学、电学性能却有本质上的差异。分子形态是宏观单晶硅半导体材料的主要组成部分。由摩尔定律可知,半导体器件尺寸会越来越小,硅电子器件也有同样的趋势。当硅电子器件尺寸从宏观状态变成小分子尺度——单个有机硅分子,宏观下的电学规律将不再适用。因此研究纳米尺度下有机硅分子的电子行为具有非常重要的科学意义。目前已知,分子构象和分子张力是影响单分子电导的重要因素,我们期望通过对这两个因素的可控调节,来研究它们对有机硅分子电导性能的影响。本论文的主要研究内容是环硅烷结构的电子传递特性。目前已报道的环硅烷结构有很多,例如:四元环、五元环、六元环硅烷等。相比于已报道的结构,本论文的一个突出特点在于,经过特定的修饰,可以使环硅烷连接在单分子器件中,进而能测试其电子传输特性。扫描隧道显微镜断裂分子结(STM-BJ)测试是一种被广泛应用于研究电子迁移机理的基础实验方法,该方法将有机分子连接在针尖与金属基底之间,并测试单一分子的电子传递性能。例如:STM-BJ测试不仅可用于研究电子传递机理(隧穿、共振跃迁或连续跃迁),还可以了解载流子的本质(电子或空穴)。STM-BJ测试不仅为分子电子学的发展提供强大的实验手段,同时还可以用于研究有机硅单分子器件的电子迁移情况。本文合成了一系列功能化的环硅烷,并将它们连接在STM的金属针尖与基底之间,测试了该类环硅烷的单分子的电学行为。经过对实验结果的分析,得到以下几点结论:(1)环戊硅烷:顺式构型出现高低两个电导状态,而反式构型仅出现一个电导,且电导与顺式构型中的低电导态相近。这一结果与DFT计算结果吻合。(2)五元环结构在室温下很容易发生单键旋转,每个电导状态实际对应多个分子构象。(3)外接硅链环戊硅烷:所得到的五元环硅烷的隧穿系数β=0.61±0.07,课题组测出直链硅烷β=0.7。外接不同长度硅链的环戊硅烷隧穿系数与直链结构相似。其原因可能是纳米尺度下电子的传输与宏观状态下有很大的不同,环戊烷虽然增加了导电通路,但并未出现宏观电路中类似并联电路