Reactividad de superficies cloradas de silicio(100) frente a NH3.

F. A. 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 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 los laboratorios 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 clusters y en sistemas periódicos.Esta diferencia de reactividad se explica a través de la existencia de distintos estados de transición sobre las superficies. Se encontraron los estados de transición para la reacción de NH3 en ambas superficies. La energía de activación sobre la superficie 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 es cinéticamente favorecida respecto a la superficie hidrogenada. También se encontró que sobre la superficie clorada la formación del complejo SiNH3+Cl- estabiliza en gran medida 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 de NH3 en la superficie clorada, mediante la adsorción de grupos NH2 y OH en sitios vecinos. La presencia de estos grupos tomadores de electrones presentes en la superficie disminuyen la barrera de activación para la reacción de sustitución de Cl por NH2 en 2 Kcal/mol, en tanto que la sustitución de de Cl por OH disminuye la energía de activación en 4 kcal/mol. Se concluye así, que la reactividad de la superficie clorada esta gobernada principalmente a factores cinéticos, respecto de la superficie hidrogenada, y que grupos tomadores de electrones sobre la superficie aumentan la reactividad de la misma.