Magíster en Ciencias, Mención Física / La resistencia eléctrica de las superficies de cobre de espesor cercano al camino libre medio
electrónico (~39 nm) no es constante en el tiempo, debido a procesos de oxidación que
disminuyen el espesor efectivo de la película metálica en una proporción importante [1]. Esto
es un problema que limita las posibles aplicaciones de este material en cualquier dispositivo
nanométrico. Existe evidencia de que los tioles protegen los metales de ligandos adventicios
y, en el caso del cobre, también actúan como una barrera contra la oxidación. Por otro lado,
abren la posibilidad de funcionalizar las superficies metálicas añadiendo a la molécula un
grupo terminal con propiedades específicas. Se ha encontrado evidencia de que algunos tioles
aromáticos se ensamblan más compactamente que los alcanotioles y por lo mismo se espera
que formen barreras más efectivas.
En este trabajo se presenta la evolución temporal de la resistencia eléctrica del sistema
tiol aromático-Cu, en condiciones de laboratorio, para 2 moléculas de tamaño parecido pero
diferente polaridad. A través de varios experimentos se comparó la efectividad de la monocapa
formada en proteger de la oxidación. La resistencia de películas delgadas metálicas (~50 nm
de espesor inicial) se midió con la técnica de 4-contactos y amplificadores sintonizados para
mediciones de bajo ruido como una forma complementaria de caracterizar el crecimiento de
óxido de cobre. Es bien sabido que la resistencia y la resistividad tienen ambas una fuerte
dependencia en el espesor de la película [2] así que el efecto del crecimiento de óxido debe ser
cuantificable y se comprobó que lo es. Además, las muestras preparadas son distinguibles por
su evolución tanto mediante caracterización eléctrica como topográfica (por medio de STM y
AFM) y elemental (a través de ARXPS). También resultan distinguibles por su estado inicial
mediante caracterización elemental.
La evolución de la resistencia y del porcentaje de óxido presente durante 30 días sugiere
que en el cobre sin recubrir el óxido crece más rápido que en las otras dos muestras.
La muestra recubierta por bifenil-4-tiol presenta ventaja frente a la muestra sin recubrir en
la etapa inicial, pero finalmente la molécula se degrada. La muestra recubierta por ácido
4-mercaptobenzoico muestra el comportamiento más estable desde el punto de vista de la
evolución de la caracterización elemental (la monocapa se degrada menos) y de la caracterización
eléctrica (el valor de su resistencia sufre una variación porcentual menor). Sin embargo,
en los primeros días de exposición al ambiente sufre profundas transformaciones en su topografía,
que se reflejan en la evolución del tamaño de grano y la rugosidad. Se corroboró
mediante el programa Gaussian que la molécula que conduce a los mejores resultados es
aquella cuyo momento dipolar indica que la nube electrónica se ha desplazado hacia el átomo
de azufre.
[1] I. Platzman, R. Brener, H. Haick and R. Tannenbaum. Oxidation of Polycrystalline
Copper Thin Films at Ambient Conditions. The Journal of Physical Chemistry C,
112(4):1101 1108, 2008.
[2] W. Zhang, S.H. Brongersma, Z. Li, D. Li, O. Richard and K. Maex. Analysis of the
size effect in electroplated fine copper wires and a realistic assessment to model copper
resistivity. Journal of Applied Physics, 101(6):063703, (2007).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/140418 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Zúñiga Céspedes, Belén Elizabeth |
| Contributors | Flores Carrasco, Marcos, Benito Gómez, Noelia, Fuenzalida Escobar, Víctor, González Henríquez, Carmen |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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