de replicas de peliculas amorfas de dopados con capas

TRANSMlSION DE LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE
LA SUPERFICIE DE UN SUBSTRATO A REPLICAS DE CARBONO
Irena DUMLER
*
Elisa SILVA**
RESUMEN
Se
memoria
elec tric a de
carbono, ob tenidas de
copicamente
la superficie
verificar
peliculas amorfas
div ersos exp erimen tos para
efec tuaron
replicas
m onoc
de
ris tales de NaCI
con
Ag sobre
carbono-cristal de las
tac to
io convencional y
de
espectros­
puros. Se condensb Au y tambiin
de
fa
replicas,
diferentes temperaturas. Se
tam bien
m onocristales
usaron
de NaCI dopados con
cationes div alen tes de Ca, Cu y Cd, con el fin
de
comprobar en forma mas precisa la transmision tI Itl
replica de las c arac teris ticas del substrato, debido tI fa
alta perturb acion elec trica de las capas superficiales del
monocristal dopado. En ning':'n caso se observb epitaxita
en las p ellcules de Au 0 de
Ag crecidas sobre las replicas,
en tanto que sl foe observada la ep itaxi« en las
peliculas
en
vac
ob tenidas direc tamen
en
cada
se
comporta
informacion
*
Investigadora de IDIEM
Investigadora del Departamento
sobre los cristales de
Con 10 cual
de
trol,
como
un
se
media inerte que
estructural.
•
••
con
puede concluir que, en las
experimentales fijadas, la pelicula amorfa
caso.
condiciones
te
a
Fisica, Facultad de
Ciencias Ftsicas y Matematicas.
no
transmite
vol. 15, nO 3, djc iembre 1976
REVISTA DEL IDIEM
140
INTRODUCCION
Se ha desarrollado
interfaciales
El
inerte
Si
en
este
ultimo
un
centra
se
es
trabajo
estudiando el rol de
pellculas
arn or
en
la
,son solamente
siguiente pregunta:
transmitir la
in fo rm
ac
del substrato?
estructural
ion
medio
un
el caso, debe aclararse si la informacion existe s610 cuando
bajo ella, 0 si la informacion persiste independientemente de la
que la originc.
Algunos autores como Distler4 y Barnas encontraron que la p e l rcu la
facial
no
es
que varIan
inerte, y que
es
capaz de transmitir informacion
entre unos centenares
de A hasta 1500 A_
tados aduciendo que la intensidad del campo
puntuales
presentes
alcalinos, inducida
copiada la
produciria
como
a
d istr ibuc ion de
una
potencial
e
a
Distler6
le c t ric o de
p lic
estos
o
conjuntos
en
la
ele c
rr
ic
o
en
superficie
la
pelicula
in
resul­
de defectos
de cristales semiconductores y
tipo
inter­
de espesores
tr av e s
e x
super­
haluros
en
te
rf ac ial que
del substrato. Es decir,
se
siendo la pe lfc ul a interfacial capaz de ac tu ar
del substrato que puede transmitir la informacion no s610
memoria elec tric a,
traves de ella, sino
Los
superficie
p olar iz ac ion del
una
du plic ad o
un
la
en
se
la pe lrc ula interfacial y la supe rfic ie activa
contacto constante entre
del solido
ficie
fas
epitaxiales.'-3
capaces de
son
mantiene
linea de
sistemas
problema
0
una
tam
bien por medio de la
primeros experimentos
replica.
realizados para
e s tu
d ia r la
tra ns rn
isio n de la in­
formacion estructural por medio de
replicas, fueron los de Vermout y Dekeyser
en 1959' y Mietz en 19658• En los
trabajos de Vermout, p e h'cu l as de Ag depo­
sitadas en la superficie de contac to de replicas de C ex tr a i'd a s de superficies de
NaCI recientemente c1ivado, presentaron una o r ie n rac io n preferencial bien de fini­
da. Mietz obtuvo crecimiento orientado de peliculas de NaCI en la supe fic ie de
contacto de replicas de carbono,extraidas de monocristales ionic os de KCI. Distler
y Shenyaskaya9 sacaron replicas de carbono de la juntura p-n de monocristales de
silicio, evaporando AgCI sobre la superficie de contacto carbono-crista!' Observaron
crecimiento epitaxial del AgCl sobre ellado positivo de la juntura y crecimiento
policristalino sobre el lado negativo. Esto oc u rr f a exactamente al evaporar Agel
directamente sobre el monocristal. Sin embargo, investigadores como Chopra1o y
Hayek y Schwabe" repitieron algunas de estas experiencias no pu d iend o repr odu­
cir los resultados. Su rgib entonces una controversia que permanece vigente.
Para responder la pregunta planteada anteriormente, se e srud io primero el
sistema Au/C/Ag en vaclo conve nc io n alf yen ultra-alto vac{03.
En seguida, otra serie de experiencias se desarrollaron trabajando s obre re­
plicas de carbono e x trafd as de cristales de cIoruro de sodio puros y dopados con
r
carl ones divalen test
En el
caso
den debido
negativas
la
a
2
,13.
de haluros alcalinos recientemente clivados
defectos
Schotky,
cuya dis tribucie n
proximidad
de la
es
superficie,
es
se
produce
un
de sor­
decir, mi m e r o igual de vacancias positivas y
afectada por las fuerzas
dando
origen
a
capas
superficiales
e l ec tr ic as
existentes
dobles
0
en
capas de
TRANSMISION DE CARACfERISTICAS ESTRUCTURALES A REPLICA
141
Debye-Frenkel.
En el
mente
de haluros alc alin o s, el cation divalente
caso
se
incorpora sustitucional­
la red. AI calentarse la muestra, todos los cationes divalentes forman
a
�
dipolos
en
que
Estos
el ec
tr ic a,
ele c
tr ic a
segunda
una
de
tipos
se
etapa
substratos, cuya superficie presenta
parecieron adecuados
nos
de las
de orden mayor.
complejos
en
agrupan
para estudiar el
alta pe rturb acicn
una
de la memoria
problema
replicas.
PARTE EXPERIMENTAL
el presente
En
se
or o
evap
de
diferentes,
de
10-4
preferencia
to
a
NaCI
saber:
a
a
se
sobre la
oro
monocristal
un
sion
trabajo
su
Torr.
e
sp ec
c on
op ic am e n te puro,
t ro sc
del
de ns ac ion
Como control de la
tanto a
temperatura ambiente
Estas condiciones
epitaxia
se
en un caso
se
Y
o rien
NaCI
del
tac
REPLICAS
ic n
oro
Temperatura de
de
DE
EN
VA C 10
NaCI
CARBONO
DE
°c
de carbono del NaCI
Temperatura
o rien taci6n
NaCI
car bono
°c
del
oro
°c
Ambiente
Policr istalina
Ambiente
Ambiente
Policristalina
270
Epitax ia
Ambiente
200
Policristalina
200
200
Policristalina
Ambiente
300
Policristalina
Ambiente
450
Policristalina
Las p el icul as de
el
de
y
en
a
2700C presentaron
caso
ev
ap
oro
or ac
fueron observadas
io n directa del
orie n tac ion
cam
bio las p elfculas de Au crecidas
t ac
io n
preferente,
de carbono
no
e ran
policristalinas.
presentan
oro
en un
epitaxia
a
la
Las
en n
microscopio (Phillips
EM
300)
sob re el monocristal de NaCI calentado
� 100 r junto
en
cas
0 ROE VA PO R ADO
Replicas
replic a
la Tabla I.
MONOCRISTALES
Monocristales de NaCl puro
Tern pe ratura
en
I
DE TAL L ESE X PER 1M EN TAL ESP A R A
SOBRE
ap or c Au directamente sobre el
presentan
TABLA
CONVENCIONAL
ev
replicas se efectuo de
en
que la replica se calen­
2700C.
como a
experimentales
sobre las
oro
la temperatura ambiente, salvo
2000C.
cuatro
a
temperaturas
3000C y 4500C respectivamente y a la pre­
biente, 2000C,
La
experiencias. En el primero,
de replicas de carbono, ex trafdas
p e r fic ie de contacto
de N aCI
am
grupos de
tres
prepararon
tern
con
ligera
o
rien tac ion al azar,
peratura ambiente
pellculas
in gu n
una
de
caso.
oro
no te n
i an orien­
crecidas sobre las
repli­
142
REVISTA DEL IDIEM
En la
1
Fig.
presentan los diagramas de difracc ion de area selecta
region de dos de las peUculas de oro:
se
pondientes a una
1.
Corresponde
ala
pellcula de Au c rec id a
sobre replica de C a 2000C,
2.
Au crecido
3.
Au crecido sobre
C/N aCI
4.
a
vol. 15, nO 3, diciembre 1976
replica
de C
replica
de C
a
c orre s­
sobre NaCI 2700C.
siendo la
replica
de C/N aCI
a
200°C.
temperatura ambiente, siendo la replica de
2000C.
Au crecido sobre
de C/NaCI
a
a
la temperatura ambiente siendo la
replica
3000C.
Fig.
1.
de difraccibn de
Diagramas
area selecta de p elfculas de
Au. 1) Crecida sobre NaCI
270°C. 2)
a
C
200°C,
a
Sobre
replica
siendo la
de
r�plica
de C/NaCI a 200°C. 3) So­
bre replica de C a tempera­
ambiente, siendo la r�­
plica C/NaCI a 200°C. 4) So­
tura
bre
el
En
convencional,
monocristal de N aCI, las cuales
y
a
el
a
270°C.
Las
replicas
que la
replica
niendo el monocristal
En
Tillerl4,
este
sorn e
tio
grupo de
a
se
encontraban
las que
se
de carbono
tanto
a
1250C
experiencias
a
replica
recocido
t erm
Ag,
tam
carbon
bien
la tempe­
s ie nd o la
a
300°C.
en
vacio
obtenidas del
se
obtuvo
como a
se
ic o
a
a
deposito
ap lic
o
a
la
Ag sobre las replicas. salvo
125°C y se evap o ro Ag rn an te­
270°C,
y
a
la temperatura ambiente.
la tecnica recomendada por Soope y
precalent6 el cristal a 1250C durante
epitaxia de Ag sobre NaCI: se
despu es se evap oro Ag 0 C segu n el
para
1 hora y
ambiente,
a
la temperatura am biente, a 125°C
fueron extraidas de cristales de NaCI que se hallaban
las mismas temperaturas
caso en
de C
de C/NaCI
grupo de experiencias se deposito
sobre el lado de contacto de replicas de
segundo
replica
ratura
caso.
2000C por 15 min.
Una
vez
En cada p
condensada la Ag
re
p
aracron
de
se
replicas
143
TRANSMISION DE CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES A REPLICA
se
c o
cual
loc o la
ev
se
prec alen
ap
cara
Ag
oro
taron
opuesta de
en
como
v ac
(o y
un
cristal de N aCI recientemente c1ivado sobre el
control de la
segu ida
en
Los monocristales de NaCI
epitaxia.
se ex
p usieron al aire
an tes
de la
se
dep osic ion
del carbon.
Estas
experiencias
se
resumidas
encuentran
BXPBRIMBNTALBS
CONVBNCIONAL
la Tabla II.
II
TABLA
DBTALLBS
en
PARA
PLATA BVAPORADA
SOBRB MONOCRISTALBS NaCI Y
Monocristales de N aCI
Temperatura
Or ien tac ie n
NaCI
de recocido
de la
NaCI
plata
°c
VACIO
RBPLICAS DB CARBONO
Replica.
Temperatura
BN
Temperatura
de carbono del NaCI
Tem peratura de
replica
de carbono
Orientacion
de la
plata
°c
°c
Am biente
225
Policristalino
Am biente
Ambiente
Policri.talino
125
200
Epitaxia
125
Ambiente
Policriltalino
270
270
Bpitaxia
125
125
Policristalino
125
270
Policristalino
270
270
Policristalino
Las p el rcu las de
12SoC
Ag crecidas
directamente sobre el
m o n oc
ris tal de NaCI
a
2700C, presentan epitaxia y ligera o rie n t ac io n al azar, segun el espesor.
A la temperatura ambiente la Ag resu lt o policristalina. En ningun caso se de tee to
epitaxia en las peliculas de Ag c re c id as sobre las replicas de carbon.
En la Fig. 2 se observan los diagram as de d ifr acc ion de la plata crecida direc­
tamente sobre NaCI a temperatura ambiente, 12SoC y 2700C.
y
Fig.
2.
Diagramas de difracc ion pel{culas
de Ag,crecidas d ire c rame nre sob re
I) a temperatura ambiente
125°C y 3) a 270°C.
N aCl:
2)
a
144
vol. 15, nO 3, diciernbre 1976
REVISTA DEL IDIEM
En la
3
Fig.
observan los
se
las
replicas de. carbono
extraidas las replicas de
a
de d ifracc i o n de la
diagramas
temperatura ambiente,
a
125°C
y
Ag
id as sobre
2700C,
a
carbono de cristales de NaCI, calentadas
c r ec
a
las
siendo
tern
per atu­
respec tivas.
ras
Diagramas de difracci6n de la p el lcula de
Ag crecidas sobre las replicas de C: 1) •
tern p e ra tu ra a m b ie n te
2) a 125°C y 3) a
3.
Fig.
,
270°C,
siendo
ex tr a
Id
as
l
replicas
as
carbono de monocristales de NaCI
dos
las mismas temperaturas
a
re
c
de
ale n ta­
spec tiva­
men teo
La
serie de
tercera
experiencias
se
realiz6
en
forma
semejante
a
la anterior,
monocristales de NaCI
dopados con cationes divalentes de Ca,
Cd, y Cu. Estos cristales fueron preparados usando el m e to d o de K irop oul os en
el airel 5 A la sal fundida se Ie agreg6 re spe c rivam e n te CaCI1 en un 0.2%,
CdCI1 en un 0.30/0 y CuCI1 en un 0.1 %, en peso.
Se prepararon replicas, evaporando carbono en vaclo convencional, (10�Torr),
sobre la se rie de crsitales dopados, clivados re c ien tern e n te y precalentados a 125°C
durante 1 hora, en vaclo convencional. Se extrajeron las replicas en agua y, en
seguida, se evapor6 Ag a temperatura ambiente, a 125°C y 270°C. Como control
de la epitaxia se evap oro Ag directamente sobre otra serie de estos mismos crista­
pero
empleando
•
les calentados
a
12SoC
En la Tabla III
y
2700C
Y sometidos
se resumen es tas
Los resultados
identicas condiciones.
a
experiencias.
grupo de
experiencias fueron semejantes a los
anteriores. Se observ6 epitaxia y una ligera orien ta c io n al azar, en las peh'culas
de Ag crecidas directamente s ob re la serie de cristales a 125°C y 2700C, en tanto
que las
en
de
peHculas
nin gu n
c as o
en
; son
este
tercer
Ag crecidas sobre las
series de
replicas
no
presentan
epitaxia
todas
En la
policristalinas.
observan los diagramas
Fig. 4 se
pelfculas de Ag crecidas
sobre los cristales
de d ifr ac c ion de area selecta de las
de
NaCI
dopados,
y
calentados
a
12SoC.
En la
Fig.
peHculas de Ag
5
se
observan los
crecidas sobre los
substrato de 2700C. Se observa
pellcula.
diagramas
c
ris t ale
que la
s
or
de d ifr ac c ion de area selecta de las
dopados,
ie n
t ac
io n
siendo la temperatura del
depende
del espesor de la
TRANSMISION DE CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES A REPLICA
TABLA
DBTALLES
EXPERIMENTALES
Cationcs
dopado. d.
Y
Temperatur.
Temperatura
de recocido
°c
III
EVAPORADA
REPLICAS
NoCI
de monocriatalci
°c
Fig.
PLATA
NaCI DOPADOS
DE
Monocriltol ..
PARA
SOBRE
MONOCRISTALES
DB CARBONO
d. carbono d. 10. monocriltal ..
Replico.
Temperatur.
Orientacion
d. 10
145
Cationci
de monocristale.
plata
°c
dopado.
d. NaCI
Temperltura
d. 1& repliA:a
°c
Or ion toe ion
d. 1&
plata
C.
125
200
Epit"";'
Ca
125
Ambient.
Policriltalina
Cd
125
200
Epit"";'
Cd
125
Ambient.
Policriatalin.
Cu
125
Ambient.
Policriltalin.
Cu
125
200
Epitasi.
C.
270
270
Epitasia
Co
125
125
Policriltalina
Epitaxi.
Cd
125
125
PoliA:riatolina
Epit.,.;'
Cu
125
125
Policriltalin.
Co
125
270
Policriltalina
Cd
125
270
Policriltalin.
Cu
125
270
Policriatalina
Cd
270
Cu
270
4.
270
270
Diagramas de d ifrac e ibn de area se­
lecta de las pelfcu las de Ag crecidas
Fig.
5.
sobre los monocristales de NaCI do­
pados y calentados
1) Ag/NaCI:Ca 2)
3) Ag/NaCI:Cd.
En la
pe.l ic u l a s
de NaCI
de
Fig.
6
de
Fig.
7
que
se
se
a
encontraban
a
a
2700C:
Ag/NaCI:Cu
y
diagramas de
12SoC. sobre replicas
observan los
Ag crecidas
tales d op ad os, a 12SoC.
peHculas
Ag/NaCI:Cu
dos
observan los
Ag crecidas
dopados,
En la
se
sobre los cristales d opados, calenta­
1250C:
a
Diagramas de difraccion de area se­
lecta de las p elfculas de Ag crecidas
a
y
1) Ag/NaCI: Ca, 2)
3) Ag/NaCI:Cd.
d ifr ac cibn de area selecta de las
de carbono extraidas de cristales
12SoC.
diagramas de
270oC, sobre replicas
difraccibn de area selecta de las
de carbono
ex tra
Id as de los
c
ris­
Fig.
6.
vol. IS, nO 3, diciembre 1976
REVISTA DEL IDIEM
146
Diagramas
de d ifracc ibn de area
lecta de las
a
pelfculas
12sOC,sobre r�plicas
traldas de
m
se­
de Ag crecidas
de carbon ex­
onocristales de N aCI do­
Fig.
7.
D'ia gr arn
as
de d ifr acc ion de area
se­
le c t a de las p elr'culas de Ag crecidas
a 2700C, sob re replicas de C e x tr a idas
de los cristales
dopados,
calentados
padosy calentadosa 12soC:
a
I) Ag/rEplica de C de NaCI:Ca
2) Ag/replica de C de NaCI:Cu y
3) Ag/repJica de C de NaCI:Cd.
1) Ag/r�plica de C de NaCI:Ca
2) Ag/r�plica de C de NaCI:Cu Y
3) Ag/replica de C de NaCI:Cd.
12SoC:
CONCLUSION ES
Como conclusion de
trabajo podemos de c ir que en los sistem as estudiados
y bajo las condiciones experimentales fijadas, la respuesta obtenida ha sido siste­
m atic am e n te la misma: la
pelCcula interfacial amorfa e s un m e d io inerte, incapaz
de reproducir las caracterlsticas estructurales de la superficie del substrato.
El fe n om en o de epitaxia e s muy complejo y en el in te rvie ne n numerosos
parametros. Cuando estos sean conocidos mejor, probablemente '-e encuentre la
respuesta a los resultados contradictorios obtenidos por diferentes investigadores.
nuestro
TRANSMISION DE CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES A REPLICA
147
AGRADEC 1M IENTOS
Los
agradecen
autores
al Dr. M.J. Yac arn an de la Universidad Nacional Autonoma
de Mexico (U.N.A.M.) por
los monocristales
dopados de NaCl y ala
ayuda para la rn an te nc ion
proporcionar
de Estados Americanos (OEA), por la
del Microscopio Phillips EM 300 del Departamento de
Organizacion
Ff sic a.
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REVISTA DEL IDIEM
148
vol. 15, nO 3, diciembre 1976
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FROM
SUBSTRATE SURFACE TO CARBON REPLICAS
SUMMARY:
performed to verify the existence of electrical memory
in amorphous replicas stripped from NaCI single crystals. Gold and also silver
were evaporated onto the carbon-crystal contact side of replicas, at 10-4
Torr
and at several different temperatures. Doped single crystal of Nacl were also
used. These crystals were doped with divalent cations of calcium. copper and
cadmium. Doped crystals enable to verify more accurately the transmission of
structural characteristics from the substrate due to the high electrical disturbances
of the crystal surface.
No epitaxy was obse rved in the silve r gold films evap 0 ra ted on to the c arb on
replicas. In spite that films grown directly over the control crystals presented
a
definite orientation. Therefore the conclusion is that in the experimental condi­
tions fixed the amorphous film in an inert medium, unable to reproduce the
Some
experiments
were
structural characteristics.