Estudio ab initio de la influencia del ambiente local sobre las propiedades vibracionales de la superficies de Si(111) hidrogenada

JUAREZ, M.; PATRITO, E.; PAREDES OLIVERA, P.

Salta, Argentina

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

En los últimos años la espectroscopia vibracional ha demostrado ser una de las principales herramientas para el estudio de superficies, siendo fundamental en el desarrollo de la microelectrónica. Estudios conjuntos de espectroscopias de efecto túnel (STM), fotoelectrónica de rayos X (XPS) e infrarroja (IR) han demostrado que las medidas de los espectros vibracionales son una herramienta poderosa y precisa para determinar y cuantificar características superficiales del silicio. Los cambios en los espectros infrarrojos, como resultado de la modificación de dichas superficies, han permitido estudiar la identidad química, el grado de cubrimiento y las propiedades dinámicas de las capas adsorbidas, aportando información fundamental acerca de la estructura y reactividad de las superficies de silicio. El objetivo del presente trabajo es investigar las propiedades vibracionales de las superficies de Si(111) modificadas en función de la naturaleza química del adsorbato, del grado de cubrimiento y de la oxidación subsuperficial. Los cálculos se desarrollaron a nivel de Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) aplicando condiciones periódicas de contorno en dos dimensiones. Se estudiaron superficies funcionalizadas con las especies -CH3, -CCH y -Cl, teniendo en cuenta la oxidación subsuperficial de átomos de silicio superficiales. En todos los casos se realizaron correcciones anarmónicas en el cálculo de las frecuencias de estiramiento Si-H y C-H. Se encontró que la frecuencia de estiramiento Si-H aumenta con el cubrimiento de -CCH y -Cl y disminuye con el de -CH3, siendo muy sensible al grado de cubrimiento del adsorbato. El adsorbato polariza la densidad electrónica alrededor del grupo SiH produciendo una acumulación o una depleción de la densidad a lo largo del enlace Si-H, que se correlaciona con el incremento o la disminución de la frecuencia, respectivamente. La polarización de la densidad electrónica también influye en la longitud del enlace Si-H y se ha observado una muy buena correlación entre los cambios en las frecuencias y la longitud del enlace SiH. Sobre la superficie oxidada la frecuencia νSi-H aumenta con el número de “backbonds” Si-Si oxidados, mientras que disminuye para los grupos SiH no oxidados. Todas las frecuencias calculadas muestran muy buen acuerdo con los valores experimentales.