PATRITO EDUARDO MARTÍN
Congresos y reuniones científicas
Título:
REACTIVIDAD DE SUPERFICIES CLORADAS DE SILICIO (100) FRENTE A NH3.
Autor/es:
F. SORIA; E. M. PATRITO; P. PAREDES OLIVERA
Lugar:
Salta
Reunión:
Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009
Institución organizadora:
Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica
Resumen:
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 es
de 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.
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 es
de 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.
