Si/SiO2结构是组成硅基器件和电路的最重要的部分之一,对其性能有着至关重要的影响。在纳米尺度下,一方面Si/SiO2界面结构中的过渡区对界面特性的影响越来越显著,界面缺陷的存在会导致栅介质可靠性和器件性能下降,对Si/SiO2界面质量的要求越来越高,另一方面仅仅通过实验方法很难准确全面地对界面结构及缺陷进行研究,仿真计算已逐渐成为研究Si/SiO2界面结构的必要手段。因此有必要研究并建立Si/SiO2界面原子结构模型,通过仿真计算从原子尺度上更深入地研究Si/SiO2界面结构中过渡区的特性及界面缺陷对电学、光学特性的影响。本文梳理了国内外在Si/SiO2界面结构方面的主要实验及仿真研究成果,并从Si/SiO2界面结构的实验研究以及Si/SiO2界面的原子结构建模及特性仿真等方面,对国内外研究现状进行总结归纳。针对Si/SiO2界面结构的仿真研究中的不足,本文采用第一性原理仿真计算方法主要进行了以下工作:1)首先研究了Si/SiO2界面原子结构的建模方法,为仿真计算建立合适的模型。从Si的结构特性、SiO2的结构特性和Si/SiO2界面过渡区的结构特性入手,梳理归纳了Si/SiO2界面结构中的缺陷结构及其特点,讨论分析了现有建模方法的优缺点,并结合对Si/SiO2界面结构的自身特点,研究了硅-二氧化硅界面原子结构模型的建立方法,实现了模型中建立界面过渡区及缺陷结构的方法,并针对界面过渡区的结构及主要界面缺陷结构的情况,建立了多种不同的Si/SiO2界面原子结构模型。2)为了提高仿真计算的精度,对Si晶体的特性仿真计算中的参数进行了优化与选取研究。从总能量、能带及态密度的角度,分别对交换相关势能的近似、截断能、倒易空间的K点以及几何结构优化参数进行了优化。3)Si/SiO2界面过渡区的建模及特性研究。针对了界面过渡区的亚氧化硅结构,建立了Si(100)/SiO2界面原子结构模型,并进行了结构优化,对界面过渡区的结构特性进行了研究,得出过渡区的厚度约为6?,过渡区中亚氧化硅的Si-O键长、Si-O-Si键角和O-Si-O键角平均值均比SiO2中的相应值小,同时Si1+、Si2+和Si3+呈现出不同的位置分布。4)Si/SiO2界面结构的介电特性、光学特性及缺陷的影响研究。为了研究界面缺陷的影响,针对不同位置及方向的界面悬挂键缺陷,分别建立了有横向悬挂键、纵向悬挂键和Pb0缺陷的Si/SiO2界面原子结构模型,同时考虑了氢退火工艺对悬挂键的饱和作用,分别建立了氢饱和界面横向悬挂键和纵向悬挂键的模型。经过结构优化后,采用CASTEP计算模型的介电特性和光学特性,通过比较有界面缺陷和无界面缺陷的Si/SiO2界面原子结构模型的仿真计算结果,分析了不同界面缺陷对介电函数和吸收光谱的影响,得出:在介电函数方面,横向悬挂键、纵向悬挂键及Pb0缺陷均会导致波长大于800nm的介电函数实部和虚部增大,而且通过用氢原子饱和悬挂键可以基本消除其对介电特性的影响,其形成原因可能是这些缺陷的存在会引起缺陷周围的电极化率增大;在光吸收系数方面,横向悬挂键、纵向悬挂键及Pb0缺陷均会导致波长在300nm~1000nm的光吸收系数增大,同时Pb0缺陷会使200nm~300nm波长范围内的吸收系数减小,通过用氢原子饱和悬挂键可以基本消除其对300nm~1000nm波段吸收系数的影响,其形成原因可能是缺陷存在会引入缺陷能级,不同缺陷能级的出现从而使对应波段的吸收系数发生变化。本文重点研究了Si/Si O2界面原子结构模型的建立方法,对仿真计算中的关键参数进行了优化与选取,并通过第一性原理仿真计算,分析了界面过渡区的结构特性,讨论了缺陷对介电特性和光学特性的影响及其应用。本研究有利于进一步建立不同工艺条件下的Si/Si O2界面原子结构模型,结合实验方法研究界面缺陷的工艺形成条件,从而在工艺上实现对Si/SiO2界面结构中的缺陷控制。同时,本研究还有利于从原子尺度上解释并控制Si/SiO2界面结构及缺陷对器件性能的影响,对进一步提高Si/SiO2界面质量及器件性能有着重要的应用意义。