Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
катализатора была изучена на примере разложения изопропапола на
катализаторе Y203 с введенными в него радиоактивными добавками [90]. К
этой задаче мы еще вернемся в § 51, когда будем говорить о реакциях,
протекающих на самооблучаемых катализаторах. Что касается исследований
влияния освещения на дегидрирование и дегидратацию и на селективность
катализатора по отношению к этим двум параллельным реакциям, то такие
исследования, насколько нам известно, пока не были проведены. Постановка
таких исследований представляла бы несомненный интерес.
ЧАСТЬ III
ВЛИЯНИЕ КОРПУСКУЛЯРНОГО И ЖЕСТКОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА
АДСОРБЦИОННЫЕ II КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКА
ГЛАВА 13
ОБРАЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ
§ 37. Возбуждение неравновесных электронов и дырок
В настоящее время имеется обширный экспериментальный материал (см. обзоры
[1 -10]) о влиянии облучения быстрыми частицами и жесткими фотонами па
адсорбционные и каталитические свойства неметаллических кристаллов.
Радиационные эффекты возникали как при облучении образцов от внешнего
источника (реакторное облучение, облучение па ускорителях заряженных
частиц и т. д.), так и при "собственном" радиоактивном самооблучепии при
введении в образцы радиоактивных примесей. Во многих случаях облучение
изменяло адсорбционную способность и каталитическую активность па
несколько порядков. Столь сильные радиационные эффекты вызывают серьезный
практический интерес, требуют понимания общих механизмов наблюдаемых
явлений, их количественной интерпретации.
В данной, третьей, части книги развивается один из возможных
теоретических подходов к интерпретации наблюдаемого радиационного влияния
па полупроводниковые адсорбенты и катализаторы. Этот подход опирается, с
одной стороны, па результаты электронной теории хемосорбции и катализа
[И, 12], ас другой - на общие представления радиационной физики твердого
тела. Основные теоретические результаты и их сопоставление с
экспериментом содержатся в главах 15-18. Главы 13 и 14 носят
158
РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ 13
вводный характер. Их назначение - дать необходимые сведения о
возникновении различных типов радиационных дефектов и их влиянии на
свойства полупроводников. Более подробное обсуждение этих вопросов
содержится в специальных монографиях и обзорах [13-20].
Взаимодействие быстрых частиц и жестких квантов с веществом представляет
собой сложный каскадный процесс, сопровождающийся, как правило,
ионизационными эффектами и структурными изменениями в кристаллической
решетке твердого тела. Наиболее существенными из возникающих при этом
многочисленных нарушений являются следующие: а) неравновесные свободные и
локализованные носители заряда (электроны и дырки), б) дефекты решетки
типа "вакансия - внедрение" и их комплексы, в) химические примеси,
возникшие в результате ядерных реакций в твердом теле или при ионном
легировании. Наблюдаемые радиационные эффекты обычно являются следствием
прежде всего этих нарушений.
Как правило, те или иные типы нарушений связаны с различным характером
взаимодействия радиации с веществом. Быстрые частицы взаимодействуют с
регулярными атомами упруго или неупруго. При упругих взаимодействиях
суммарная кинетическая энергия сталкивающихся частиц сохраняется. Такие
столкновения ответственны главным образом за смещения атомов или ионов в
решетке. При иеупругих взаимодействиях часть кинетической энергии идет на
образование одночастичных и коллективных возбуждений твердого тела
(электроны, дырки, экситоны, плазмопы, фононы и т. д.). Неупругими
являются также процессы, приводящие к ядерпым превращениям.
В этом параграфе мы подробнее остановимся на неупругих ионизационных
процессах, с которыми обычно связаны основные потери энергии быстрых
частиц в веществе. Эти процессы вызывают появление в твердых телах
неравновесных электронов и дырок, роль которых особенно велика в
полупроводниках и диэлектриках. Основной физический механизм при
радиационной ионизации - кулоновское взаимодействие быстрых заряженных
частиц с электронами регулярных атомов твердого тела. При нейтронном и
гамма-облучении ионизационные процессы являются обычно вторичными - им
иредшест-
НЕРАВНОВЕСНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРКИ
159
вует образование быстрых заряженных частиц. При бомбардировке нейтронами
- это смещенные ионы и ядра отдачи, возникающие при ядерных реакциях. При
гамма-облучении - это быстрые комптоновские и фотоэлектроны.
Количественной характеристикой ионизационных процессов служат удельные
ионизационные потери энергии (-dE/dx). При высоких энергиях эти потери
являются определяющими. Лишь при относительно низких энергиях Е Ei
процессы электронного возбуждения становятся малоэффективными, и главная
роль переходит к упругим процессам [21, 22];
Et = (М/гп)(и/8), (37.1)
где т и М - массы электрона и быстрой частицы, и - характерная пороговая
энергия электронного возбуждения, сравнимая с энергетической щелыо в
