Oxidación de H-Si(111) a través de un mecanismo de propagación radicalaria

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

Rosario

Congreso; V Encuentro de Física y Química de Superficies; 2011

La cara 111 de Si es de interés dado que puede ser preparada química y estructuralmente bien definida por etching con NH4F(ac) el cual proporciona superficies de Si hidrogenadas, que poseen largas terrazas donde los átomos de Si atop son terminados con átomos de H orientados normal al plano de la superficie [1]. Esta superficie puede ser manipulada en aire varias horas, sin embargo después de un periodo de tiempo mayor, la superficie se oxida completamente dando lugar a la formación de Si2O. En el encuentro anterior se mostraron los resultados que mostraron los mecanismos propuestos para la oxidación de la superficie con H2O y O2 [2]. Sin embargo estos mecanismos no explican las siguientes observaciones experimentales: a) la formación de parches de óxidos superficiales y b) el crecimiento del óxido capa por capa [3]. Además experimentalmente no se observa la formación de grupos superficiales SiOH [4]. En el presente trabajo se estudió, mediante cálculos teóricos a nivel de DFT en sistemas periódicos, el mecanismo de oxidación de la superficie HSi(111) a partir de la generación de un radical sililo superficial (Si3)Si•, por un radical •OH. Esta reacción es no activada y posee un E = -37.7 kcal/mol. Posteriormente un molécula de O2 reacciona con este radical superficial, dando lugar a la formación de un grupo (Si3)SiOO•. A partir de aquí se presentan una serie de reacciones que dan como resultado la oxidación de dos enlaces SiSi back-bonds y la regeneración del radical sililo superficial (SiO2)Si•. El siguiente paso en la reacción es la migración de un átomo de H desde un grupo (Si3)SiH vecino hacia (SiO2)Si•, produciendo un grupo (SiO2)SiH y un nuevo radical superficial (Si3)Si•. La migración de este átomo de H posee una energía de activación de 19.1 kcal/mol, la cual es similar a la de la migración de H en la reacciones radicalarias de alquenos sobre la superficie de HSi(111). Este mecanismo permite explicar las observaciones experimentales mencionadas anteriormente y entender definitivamente el proceso de oxidación de la superficie