Поверхность кремния с концевыми водородными группами представляет собой химически пассивированную кремниевую подложку, на которой поверхностные атомы Si связаны с водородом. Поверхности с концевыми водородными группами гидрофобны, люминесцентны и поддаются химической модификации. Кремний с концевыми водородными группами является промежуточным продуктом при выращивании объемного кремния из силана: это окончание имеет важное значение в полупроводниковой промышленности из-за его роли в предотвращении окисления и загрязнения поверхностей кремния, что имеет решающее значение для различных приложений, включая микроэлектронику и нанотехнологии.
- SiH4 → Si + 2 H2
Подготовка
Кремниевые пластины обрабатываются растворами плавиковой кислоты электронного качества в воде, буферной воде или спирте. Одной из соответствующих реакций является простое удаление оксидов кремния:
- SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O
Однако ключевой реакцией является образование гидросилановой функциональной группы.
Атомно-силовой микроскоп (АСМ) использовался для манипулирования поверхностями кремния с водородными концевыми группами.
Характеристики
Водородное окончание удаляет оборванные связи. Все поверхностные атомы Si являются тетраэдрическими. Водородное окончание обеспечивает стабильность в окружающей среде. Итак, поверхность снова чистая (от оксидов) и относительно инертная. С этими материалами можно обращаться на воздухе без особой осторожности в течение нескольких минут.
Связь Si-H на самом деле сильнее, чем связи Si-Si. Предлагаются два типа центров Si-H, оба с терминальными связями Si-H. Один тип сайта имеет одну связь Si-H. Другой тип сайта имеет центры SiH2.
Подобно органическим гидросиланам, группы H-Si на поверхности реагируют с терминальными алкенами и диазогруппами. Реакция называется гидросилилированием. Многие виды органических соединений с различными функциями могут быть введены на поверхность кремния путем гидросилилирования поверхности с водородным термином. Инфракрасный спектр кремния с водородным термином показывает полосу около 2090 см−1, не сильно отличающуюся от νSi-H для органических гидросиланов.
Потенциальные приложения
Одна группа предложила использовать материал для создания цифровых схем из квантовых точек путем удаления атомов водорода с поверхности кремния. Поверхность кремния с водородным окончанием широко используется в производстве полупроводниковых приборов. Она служит предшественником для различных методов функционализации поверхности, а также имеет важное значение при формировании пластин кремний-на-изоляторе (SOI).
Стабильность и реактивность
Несмотря на свою стабильность, кремний с водородным окончанием может постепенно окисляться при контакте с воздухом, образуя тонкий оксидный слой. Этот процесс можно контролировать с помощью таких методов, как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и атомно-силовая микроскопия (AFM).