Estudio teorico de la reactividad de superficies halogenadas e hidrogendas de Si(100)-2x1 frente a NH3

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

La Plata, Argentina

Congreso; IV Encuentro de Física y Química de Superficies; 2009

La adsorción y reacción de NH3 con superficies de silicio es muy importante debido a que los grupos Si-NH2 superficiales constituyen los precursores para la síntesis de películas delgadas de nitruro de silicio. Tradicionalmente la síntesis de grupos 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 ha permitido manipular estas superficies en loslaboratorios de química, fuera de las costosas cámaras de ultra alto vacío. Cuando la superficie Cl-Si(100)-2x1 es expuesta a una atmósfera de NH3, se produce la aminación parcial de esta superficie [3]. En cambio, 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 la superficie hidrogenada fuese mas reactiva. Sin embargo, experimentalmente se observa exactamente lo contrario.El objetivo del presente trabajo es estudiar las causas que hacen que la superficie Cl-Si(100)-2x1 sea más reactiva que la superficie H-Si(100)-2x1 frente a la reacción con NH3, mediante cálculos teóricos a nivel de DFT en sistemas periódicos.Esta diferencia de reactividad se explica a través de la existencia de distintos mecanismos de reacción. Mientras que en la superficie hidrogenada el mecanismo consta de 2 pasos fundamentales en la clorada el mecanismo es mas complejo siendo de 4 etapas fundamentales,los cuales tienen menor energía de activación. Como consecuencia, la reacción sobre la superficie clorada es cinéticamente favorecida respecto a la superficie hidrogenada. Superficies bromadas de Si también pueden ser obtenidas por métodos químicos, por lo cualse estudio, la reacción de NH3 con esta superficie, encontrándose que la misma es mas reactiva que la hidrogenada pero menos que la clorada. Esto sucede así principalmente por factores estéricos.