Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
может меняться со временем (процесс адсорбции и десорбции), а при
равновесии, установившемся между поверхностью и газовой фазой, зависит от
температуры, давления в газовой фазе и адсорбционной способности
поверхности.
Дефекты поверхности играют важную роль в электронном хозяйстве решетки.
Такой дефект (в частности, хемо-сорбированная частица) может выполнять
роль ловушки для свободного электрона или для свободной дырки (в
зависимости от природы дефекта), т. е. может служить местом локализации
электрона или дырки. Соответственно следует различать акцепторные
дефекты, способные захватывать свободный электрон или рождать свободную
дырку, и донорные дефекты, которые способны отдавать электрон или
захватывать дырку. Возможен и более общий случай, когда один и тот же
дефект выполняет функ-
2 В. Г. Бару. Ф. Ф. Волькенштейп
18
ФОТОАДСОРБЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
[ГЛ. 1
ции одновременно как донора, так и акцептора. Примером такого дефекта
может служить так называемый /'-центр в щелочно-галоидном кристалле,
представляющий собой, галоидную вакансию с локализованным около нее
электроном (на ближайшем щелочном ионе). Такой дефект является типичным
донором, поскольку он способен отдавать свой электрон в семейство
свободных электронов. В то же время такой дефект является акцептором, ибо
он способен, как это хорошо известно, захватывать и удерживать около себя
второй электрон. При этом /'-центр превращается в так называемый /''-
центр.
Таким образом, дефекты поверхности (в том числе хе-мосорбированные
частицы) могут находиться в электрически нейтральном или заряженном
состоянии. При установившемся электронном равновесии определенная доля
дефектов каждого данного сорта будет заряжена. Таким образом, реальная
поверхность кристалла, как правило, несет па себе некий электрический
заряд. Это имеет очень важные последствия, как станет ясным из
дальнейшего, для всей физико-химии поверхности, в частности для понимания
фотоадсорбционного эффекта. Величина и знак такого поверхностного заряда
определяется природой и концентрацией дефектов, температурой и положением
уровня Ферми в энергетическом спектре кристалла.
Концентрация дефектов на реальной поверхности может быть достаточно
велика, причем она может быть различна на различных участках поверхности.
При этом дефекты могут взаимодействовать друг с другом, так что свойства
дефекта могут зависеть не только от его природы, но и от его окружения. О
таких поверхностях с большой концентрацией дефектов мы будем говорить
особо (в § 23).
На всякой реальной поверхности хемосорбция газовых частиц может
происходить как на собственных атомах (ионах) решетки, так и на
микродефектах различных сортов. В части I этой книги мы ограничимся
рассмотрением двух моделей поверхности, которые являются в известном
смысле двумя предельными случаями. Теоретик часто вынужден оперировать с
теми или иными приближенными моделями, выйор между которыми определяется
тем, насколько многочисленны экспериментальные факты, укладывающиеся в
данную модель, и насколько хорошо они в нее укладываются.
3] "ИДЕАЛЬНАЯ" И "РЕАЛЬНАЯ" ПОВЕРХНОСТИ
19
1. Прежде всего рассмотрим случай, • когда центрами адсорбции являются
собственные атомы (или ионы) решетки, игнорируя при этом адсорбцию на
дефектах. Это можно делать, когда концентрация собственных атомов (или
ионов) существенно превосходит концентрацию дефектов. Иначе говоря, мы
будем рассматривать адсорбцию на участках идеальной поверхности, считая
адсорбционными центрами узлы решетки.
Мы увидим в дальнейшем, что иод влиянием освещения (в случае не слишком
больших заполнений поверхности) меняется концентрация адсорбированных
частиц, находящихся в заряженном состоянии, в то время как концентрация
нейтральных частиц остается неизменной. Тем самым изменяется общая
адсорбционная способность поверхности. Величина и знак фотоадсорбционного
эффекта оказываются зависящими от положения уровня Ферми, которое он имел
при неосвещенной поверхности. В такой идеализированной модели дефекты
поверхности, хотя и не выступают в роли адсорбционных центров, тем не
менее оказывают влияние на адсорбционные и, в частности,
фотоадсорбционные свойства поверхности, поскольку от природы и
концентрации этих дефектов зависит положение уровня Ферми. Такая модель
будет рассмотрена в главе 2. Она оказывается достаточной для понимания
основных закономерностей фотоадсорбционного эффекта.
2. В главе 4 мы будем оперировать с иной, в известном смысле
противоположной идеализированной моделью. Мы будем считать, что центрами
адсорбции служат дефекты поверхности, игнорируя при этом взаимодействие
между дефектами и адсорбцию на собственных атомах или ионах решетки. Так
можно поступать, если энергия связи (теплота адсорбции) на дефекте
существенно больше, чем на собственном атоме (ионе) решетки.
Под влиянием освещения изменяется, как мы увидим, заселенность дефектов
электронами и дырками, и тем самым изменяются концентрация адсорбционных
