Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
атомам и молекулам, участвующим в химических процессах на поверхности.
1 92
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
§ 44. Влияние облучения на адсорбционную способность "идеальной"
поверхности полупроводника
Мы рассмотрим здесь один из общих механизмов влияния радиации на
адсорбционное равновесие. Этот механизм обусловлен тем, что форма и
прочность адсорбционной связи зависят от зарядового состояния
адсорбированной частицы или поверхностного дефекта, выступающего в роли
адсорбционного центра. Такая зависимость установлена электронной теорией
хемосорбции [11, 12] и обсуждается в §§ 4 и 10. Изменение концентраций
электронов и дырок у поверхности под действием радиации вызывает
перезарядку адсорбированных частиц или адсорбционных центров и,
следовательно, влияет на прочность адсорбционной связи. В результате
адсорбционное равновесие с газовой фазой оказывается сдвинутым. Мы видим,
что этот механизм в принципе аналогичен механизму фотоадсорбционного
эффекта. Отличие состоит в том, что, если при освещении изменение
концентраций электронов и дырок обусловлено внутренним фотоэффектом, то
при корпускулярном и гамма-облучении оно вызывается упругими и неупругими
столкновениями быстрых частиц с веществом, ядерными превращениями и
другими факторами, которые приводят не только к неравновесному
возбуждению электронов, но и к сдвигу электронного равновесия вследствие
образования структурных дефектов и новых химических примесей. В
результате поверхностные концентрации электронов (или дырок) могут не
только увеличиваться, но и значительно уменьшаться, тогда как освещение
всегда увеличивало эти концентрации. Другое отличие состоит в том, что
дефекты решетки, возникшие при облучении на поверхности полупроводника,
могут играть роль новых адсорбционных центров.
Далее в этом параграфе мы будем рассматривать случай адсорбции на
"идеальной" поверхности, когда центрами адсорбции являются регулярные
атомы поверхности полупроводника. Случай адсорбции на "реальной"
поверхности, т. е. на поверхностных дефектах или примесях, будет
рассматриваться в следующем параграфе. Отметим, что оба случая могут быть
реализованы на одном
§ 44] ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
193
адсорбенте. Например, под влиянием облучения возможен переход от
"идеальной" поверхности к "реальной".
Радиационный эффект на "идеальной" поверхности будем характеризовать
относительным изменением адсорбционной способности под влиянием
облучения:
Ф = (44Л) где N - плотность адсорбированных частиц, находящихся в
равновесии с газовой фазой при заданном давлении Р и температуре Т,
нижний индекс "О" относится к необлу-ченному полупроводнику.
Выражения для N и Ф получаем так же, как это было сделано при
рассмотрении фотоадсорбционного эффекта в §§ 5, 6. При малых заполнениях
поверхности в соответствии с (6.11)-(6.14), а также (5.8), имеем:
N = N°0 + ; ц± = N±/Nt;
_ 1 + Р*(palnD) _ ___ _ ns/ns0 + P*(ps0/"^) _
пз/"?0 + Р*(р80/"Ь)' l + P*(ps/re^)
(44.2)
I
Ф = Т)о- (ц- - 1) =
(
+ f,*(p*Dfns0)(&p/ps0)~&n/ns0
¦По , , о ( *Т~ V , , ---- адсорбция доноров,
1 + P*(VreSo) + WnsO
Ares/ns0--P*(p^/Rso)(Aps/pso) адсорбция
1)0 i + P*(p>so)+P*(p>.o)Wp.o) акчепт0Р0В,
(44.3)
Т]о" = No/N0 = n*o/(nso + n*D) = {1 + exP [(6S v+)/kT]}~
Г)Г = Nr/N0 = ns0/(nsa +nA) = { 1 -fexp[(y~ -es)//c7]}-1.
(44.4)
Мы ограничились здесь рассмотрением адсорбированных частиц, которые
проявляют либо донорные, либо акцепторные свойства, но не те и другие
одновременно. В (44.2)- (44.4) N о и Nq- - концентрации нейтральных и
заряженных адсорбированных частиц до облучения^ ц± - сте-
13 в. Г, Бару, Ф. Ф. Волькенштейн
194
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
пень перезарядки адсорбционных энергетических уровней в результате
облучения, знаки "+" и "-" относятся соответственно к адсорбции доноров и
акцепторов, ns0 и ps0 - концентрации электронов и дырок в плоскости
поверхности необлученного полупроводника, Ans = ns -
- ns0, Aps - ps - ps0 - добавочные концентрации, вызванные
облучением,
Смысл обозначений ясен из рис. 1, приведенного в § 4;
= ?" - ^so> es и e" - положения уровня Ферми соответственно на
поверхности и в объеме полупроводника, Vs0 - потенциальная энергия
электрона на поверхности в поле пространственного заряда, v+ и v~
определяют положение энергетических уровней соответственно
адсорбированных доноров и акцепторов в запрещенной зоне полупроводника,
еГ и ej^ задают положение уровня Ферми в полупроводнике с "собственной"
проводимостью, Nc и Nv - эффективные плотности состояний в разрешенных
зонах полупроводника (ранее эти величины обозначались через Сп и Ср), -
"собственная" концентрация носителей заряда, Р* - отношение сечений
захвата дырки и электрона на адсорбционный уровень.
Из (44.3) видно, что Ф ->¦ 0, если A ns ->0 и A ps ->¦ О, т. е.
необходимым условием существования радиационного эффекта на идеальной
поверхности является появление добавочных поверхностных концентраций
