Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
примесных атомов А1. Оказалось, что эти дефекты ответственны за
необратимую адсорбцию водорода при комнатных и более низких температурах.
Кроме того, они увеличивали каталитическую активность облученного Si02 в
реакции Н - D-обмена. Отжиг наблюдался при повышении температуры до 300
°С. Изменение адсорбционных свойств полупроводников и диэлектриков в
результате предварительного облучения было обнаружено и на других
системах. При этом в одних случаях имел место положительный радиационный
эффект (например, увеличение адсорбции Н3 на А1203 [125, 127, 131,
132],ОаиСО на NiO, СО па ZnO [133] и т. д.), в других - отрицательный, в
частности, уменьшение адсорбционной способности Мп02 [134] и А1203 [135]
по отношению к Н2, вызванное облучением адсорбентов нейтронами
(интегральный поток ~ 1017 - 1Q.18 нейтрон!см2). В [136] был обнаружен
отрицательный радиационный эффект при исследовании сорбции сульфатом
бария ионов красителей из раствора. Адсорбент предварительно был облучен
быстрыми электронами (Е ~ 800 кэв) или протонами (Е ~ 1,5 Мэе).
Интересные данные о влиянии предварительного облучения топких слоев CdS
на их электрические и адсорбционные свойства получены в [137]. Длительное
(до 90 дней) "внешнее" облучение CdS гс-типа электронами (источник S35)
вызвало рост проводимости исследуемых образцов и уменьшение количества
водорода, адсорбирующегося на них в заряженной форме. Индикатором
адсорбции Н2 служили электрические измерения. Наведенный облучением
эффект сохранялся при температурах выше 300 °С. Значительно более сильный
радиационный эффект, как
188
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
установлеао в этой же работе, был вызван введением изотопа S35 внутрь
исследуемых образцов CdS. Подробнее на этих данных мы остановимся в главе
17.
В ряде работ была достигнута значительная радиационная активация
адсорбционной способности поверхности лишь при непосредственном облучении
системы адсорбент + газ в процессе адсорбции. Такой результат был получен
при адсорбции различных газов на ZnO, CdS, ZnS, Сг203, А1203, Si02 и
других материалах. В частности, Стародубцевым с сотрудниками обнаружена
необратимая радиационная адсорбция Н.,, N2, С2Н4, NH3, СО, С02 на Si02 в
поле гамма-излучения Сой0 [138, 139]. Выдерживание в течение пяти месяцев
после прекращения облучения при комнатной температуре практически не
вызывало десорбции водорода, адсорбированного на Si02 при гамма-
облучепии. Отжиг наступал при нагревании до 100 °С. Авторы связывают
радиационную адсорбцию указанных газов с дегидратацией поверхности Si02
при гамма-облучении и образованием на ней свободных радикалов. О
дегидратации Si03 при гамма-облучении свидетельствуют и другие данные
[140, 141], при этом дегидратация сопровождалась ростом адсорбционной
способности по отношению к кислороду. Значительный рост адсорбционной
способности Si02 по отношению к кислороду и углекислому газу при
комнатной температуре, вызванный непосредственным воздействием быстрых
электронов (источник Sr90) в процессе адсорбции, отмечен в [142].
В серии работ Жабровой с сотрудниками [143 - 148] на основании
кинетических данных, данных инфракрасной и радиоспектроскопии подробно
исследованы закономерности адсорбции кислорода и водорода на ZnO и А1203
при комнатных температурах в поле гамма-излучения (источник Со60).
Параллельно исследовалась электропроводность адсорбентов. Адсорбция
водорода на ZnO без облучения практически не влияла на электропроводность
и, как полагают авторы, происходила в молекулярной форме, для которой
энергия ионизации велика. В поле излучения адсорбция водорода возрастала
и вызывала резкое увеличение электропроводности адсорбента. По мнению
авторов, в поле излучения адсорбированная молекула водорода становится
центром рекомбинации неравновесной электронно-дырочной пары, а
выделяющаяся в
S' 43] ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 189
рекомбинационном акте энергия вызывает диссоциацию молекулы Н2. Это
приводит к появлению на поверхности атомарного водорода в форме Н+ и,
соответственно, к росту электропроводности адсорбента. На А1203
диссоциативная схема адсорбции водорода в поле излучения сохраняется.
Кислород адсорбировался на ZnO без облучения в форме ионорадикала О-Г и
уменьшал электропроводность адсорбента. В поле излучения как на ZnO, так
и на А1203 концентрация ОТ" сначала возрастала, а при больших дозах
стремилась к стационарному значению, в то же время суммарная концентрация
адсорбированного кислорода продолжала расти. Для объяснения этих данных
авторы предлагают, как и в случае адсорбции водорода, рекомбинационный
механизм диссоциации О^- и образования более стабильных заряженных форм
О- или О2-, которые и обеспечивают дальнейший рост адсорбции кислорода.
Таким образом, согласно данным авторов, непосредственными участниками
радиационной адсорбции кислорода и водорода на ZnO и А1203 являются
неравновесные электроны и дырки. Роль стабильных дефектов невелика, так
