REACTIVIDAD DE SUPERFICIES CLORADAS DE SILICIO (100) FRENTE A NH3.

F. SORIA; E. M. PATRITO; P. PAREDES OLIVERA

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La adsorción y reacción de NH3 con superficies de silicio es muy importantedebido a que los grupos Si-NH2 superficiales constituyen los precursores para lasíntesis de películas delgadas de nitruro de silicio. Tradicionalmente la síntesis degrupos Si-NH2 ha sido realizada en ultra alto vacío sobre Si(100)-2x1 [1]. Sin embargo,el descubrimiento reciente [2] de procedimientos para clorar la cara 100 de Si hapermitido manipular estas superficies en los laboratorios de química, fuera de lascostosas cámaras de ultra alto vacío. Cuando la superficie Cl-Si(100)-2x1 es expuestaa una atmósfera de NH3, se produce la aminación parcial de esta superficie [3]. Encambio, sobre la superficie hidrogenada, H-Si(100)-2x1, no se observa el mismo efecto[3]. El enlace Si-Cl es más fuerte que el enlace Si-H, por lo que se esperaría que lasuperficie hidrogenada fuese mas reactiva. Sin embargo, experimentalmente seobserva exactamente lo contrario.El objetivo del presente trabajo es estudiar las causas que hacen que lasuperficie Cl-Si(100)-2x1 sea más reactiva que la superficie H-Si(100)-2x1 frente a lareacción con NH3, mediante cálculos teóricos a nivel de DFT en clusters y en sistemasperiódicos.Esta diferencia de reactividad se explica a través de la existencia de distintosestados de transición sobre las superficies. Se encontraron los estados de transiciónpara la reacción de NH3 en ambas superficies. La energía de activación sobre lasuperficie clorada es de 9,98 kcal/mol mientras que sobre la superficie hidrogenada esde 34,96 kcal/mol. Como consecuencia, la reacción sobre la superficie clorada escinéticamente favorecida respecto a la superficie hidrogenada. También se encontróque sobre la superficie clorada la formación del complejo SiNH3+Cl- estabiliza en granmedida la superficie, mientras que en la superficie hidrogenada no ocurre lo mismo.Por otra parte, se estudió el efecto del entorno en el estado de transición deNH3 en la superficie clorada, mediante la adsorción de grupos NH2 y OH en sitiosvecinos. La presencia de estos grupos tomadores de electrones presentes en lasuperficie disminuyen la barrera de activación para la reacción de sustitución de Cl porNH2 en 2 Kcal/mol, en tanto que la sustitución de de Cl por OH disminuye la energíade activación en 4 kcal/mol.Se concluye así, que la reactividad de la superficie clorada esta gobernadaprincipalmente a factores cinéticos, respecto de la superficie hidrogenada, y quegrupos tomadores de electrones sobre la superficie aumentan la reactividad de lamisma.