Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
температуре - ~300 °С в кремнии и 200 °С в германии. Поэтому, если
проводить ионное легирование при более высоких температурах, то аморфпые
слои не образуются, так как разупорядоченные области отжигаются в
процессе облучения. Однако и в этом случае полной электрической
"активности" внедренная примесь не проявляет. Активность примеси
(например, примеси III или V групп в кремнии) восстанавливается полностью
лишь при прогреве до ~ ъОО °С. Это связано с наличием в образце
стабильных при меньших температурах электрически активных радиационных
дефектов, которые компенсируют легирующую примесь.
ГЛАВА 15
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ
НА АДСОРБЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА
§ 43. Обзор экспериментальных данных
Мы переходим к рассмотрению влияния корпускулярного и жесткого
электромагнитного облучения на поверхностные физико-химические свойства
полупроводника. В пятнадцатой и шестнадцатой главах обсуждаются механизмы
таких экспериментально наблюдаемых эффектов, как сдвиг адсорбционного
равновесия и изменение каталитической активности поверхности под
действием "внешнего" облучения полупроводника. Под "внешним" облучением
обычно понимают корпускулярное или гамма-облучение, осуществляемое в
реакторах, на ускорителях заряженных частиц, с использованием
радиоактивных препаратов, находящихся вне образца, и т. д. В отличие от
этого "внутреннее" самооблучение осуществляется при введении
радиоактивных изотопов в объем адсорбента или катализатора. Рассмотрение
ряда эффектов, характерных для самооблучения, будет проведено в
семнадцатой главе. Следует отметить, что, несмотря на некоторую
специфику, разделение облучения на "внешнее" и "внутреннее" является
условным. Оно не означает, что механизмы радиационных эффектов в этих
случаях всегда различны. Как правило, эти механизмы в обоих случаях имеют
общую электронную природу и обусловлены совместным действием ряда
радиационных факторов, таких, как образование структурных дефектов,
ядерпые превращения, нарушение электронного равновесия в кристалле. В
конечном счете каждый из этих факторов вносит вклад в изменение
адсорбционной и каталитической активности поверхности, однако величины и
знаки этих вкладов могут быть раз-
186 ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
личными. В результате в зависимости от конкретных условий (вид излучения,
"биография" образца, температура и т. д.) наблюдаемый радиационный эффект
может быть как положительным (увеличение адсорбционной способности,
ускорение гетерогенной реакции), так и отрицательным (уменьшение
адсорбционной' способности, замедление реакции).
Непосредственной задачей настоящей главы является обсуждение возможных
электронных механизмов влияния облучения на адсорбционное равновесие.
Прежде чем перейти к обсуждению этих механизмов, дадим сжатую сводку
экспериментальных данных о воздействии быстрых частиц и жестких гамма-
квантов на неметаллические адсорбенты.
Экспериментальное исследование радиационных эффектов обычно ведется как
на предварительно облученных адсорбентах, так и при непосредственном
воздействии радиации на процесс адсорбции. В работах [117-119] обнаружено
сильное увеличение адсорбционной способности MgO и NiO по отношению к
водороду и кислороду в результате предварительного облучения адсорбентов
в реакторе (интегральные потоки нейтронов ~ 1016 - 10го нейтрон!см1).
Особенно характерные данные получены Нельсоном, Тенчем и другими при
исследовании адсорбции кислорода на MgO [119-124]. Облучение приводило к
окрашиванию образцов и появлению в них парамагнитных центров,
представляющих собой по данным радиоспектроскопии объемные и
поверхностные анионные вакансии с неспаренными электронами
(соответственно F-и iS'-центры). Оказалось, что именно эти центры
активируют необратимую адсорбцию кислорода при комнатной температуре.
Адсорбция содержала быструю и медленную стадии, причем первая обусловлена
^'-центрами, а вторая - /'-центрами. Кроме того, была обнаружена быстрая
обратимая адсорбция кислорода, обусловленная появлением на поверхности
облученной MgO парамагнитных катионных вакансий (F-центров).
Предварительное гамма-облучение MgO (источник Со60), по данным тех Hie
авторов, не создавало новых решеточных дефектов, но увеличивало
концентрацию 5-центров путем перезарядки поверхностных анионных вакансий
"биографического" происхождения. Отжиг 5-центров
ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
187
наблюдался при 350 °С, при этом F-центры оставались стабильными. Была
исследована кинетика адсорбции кислорода на облученных образцах. Энергия
активации медленной стадии возрастала по мере заполнения поверхности.
Эффекты, подобные описанным, наблюдались теми же авторами и при
исследовании адсорбции кислорода па других облученных окислах, в
частности на NiO, CaO, SrO.
В работах [125 - 130] было показано, что предварительное гамма-облучение
Si02 (источник Со60) сопровождается возникновением центров окраски и
парамагнитных центров, представляющих собой дырки, локализованные вблизи
