Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
согласно (44.15) имеем до на-
чала облучения (при X*D = Х*А = 0):
tiv0 - Zd - Za', Pvq = nb(ZD - Za). (44.16)
ПриХ0 - Х*АфО находим из (44.15):
nv = Zd - ZA + XD - XA;
Pv = fii/(ZD - ZA + Xd - Xa),
A nv - nv - nv о = Xd - Xa\
^Pv = Pv - Pv0 = - Pv0 (Xd - Xa)/{Zd - Za~\-Xd - XA).
(44.17)
Если XD - Xa > 0 (т. e. преобладают донорные радиационные дефекты), имеем
согласно (44.17) Anv > О, Apv <; 0; если жеХд - ХА<;0(т. е. преобладают
акцепторные дефекты), то Anv С 0, Ар" >¦ 0, т. е. облучение вызывает
компенсацию полупроводника, причем формулы (44.17) справедливы в этом
случае при условии (Zd-Za + Xd -
- X*A)'^>ni, т. e. пока плотности радиационных дефектов
198
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
невелики. Нетрудно получить из (44.15) и (44.16) выражения для Ап" и Др"
и при больших плотностях дефектов, обеспечивающих полную компенсацию
полупроводника или даже инверсию типа проводимости. Используя (44.16),
(44.17), а также (44.10), (44.11), находим
Ans/nao = (Хд - Xa)/(Zu - ZA);
Apg/pso - - {Xd - Xa)/{Zjj - Za -f- Xd -• (44.18)
Подстановка (44.18) в (44.8) с учетом (44.4) дает при условии \Хо-Х*А\
<Zb-Za:
Ф =
XD ~ х*а адсорбция
(44.19а)
(ZD - ZA) {1 + ехр [(8g - v+)/kT]} Доноров,
____________Ху~ха адсорбция q
. (ZD - ZA) {l + exp I(y" - es)/ftr]} акцепторов. iyo'
В случае полупроводника p-типа аналогичное рассмотре ние вновь приводит к
выражениям (44.19), где, однако, необходимо изменить знак разности ZD -
ZA.
Полученные выражения позволяют установить знак эффекта, а также
проанализировать его величину в зависимости от биографии адсорбента и
химической природы адсорбируемого газа. В частности, знак Ф зависит от
знака разности Xd - ХА, т. е. от того, "вводит" ли облучение в объем
образца преимущественно донорные или акцепторные дефекты. С другой
стороны, знак XD - ХА, как следует, например, из (44.17), определяет
характер изменения проводимости в облученном образце. Таким образом,
должна существовать корреляция между знаком радиационного эффекта в
адсорбции и направлением изменения проводимости полупроводника при
облучении.
Ее экспериментальное обнаружение может служить одним из важных
свидетельств справедливости рассматриваемого механизма. В частности,
проводимость полупроводника и-типа и его адсорбционная способность должны
изменяться при облучении симбатно в случае адсорбции акцепторного газа и
антибатно в случае адсорбции донорного газа. Обратные зависимости должны
иметь место для полупроводника p-типа. Подобная корреляция
§ 44]
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
199
была обнаружена экспериментально в [137]. Предварительное облучение
электронами увеличивало проводимость слоев CdS тг-типа и уменьшало
количество адсорбирующегося на них водорода (донорный газ!) в заряженной
форме.
2. Адсорбция в процессе облучения. В этом случае наряду с образованием
радиационных дефектов решетки существенную роль играют ионизационные
процессы, нарушающие электронное равновесие в полупроводнике. В некоторых
случаях становится важной конкуренция между этими факторами, которая
определяет знак суммарного радиационного эффекта.
Радиационный эффект описывается здесь общими выражениями (44.3).
Добавочные концентрации Ans и Aps, входящие в (44.3), можно представить в
виде
A ns = A nsl + A rcs2; A ps = Apsl + Aps2, (44.20)
где А?г81 и Aj5s1 -- добавочные концентрации, обусловленные образованием
решеточных дефектов при сохранении в образце электронного равновесия;
Ans2 и Ар82 - неравновесные добавки, обусловленные ионизационными
процессами в образце с заданной плотностью радиационных дефектов решетки.
Мы предполагаем здесь, что характерное время нарастания плотности
дефектов превосходит время установления электронного и адсорбционного
равновесия.
Равновесные концентрации Атг81 и Apsl могут быть определены, например, по
формулам (44.18), полученным выше для образца тг-типа. При не слишком
высоких дозах можно положить
X*D - X*A = a'It, (44.21)
где I - плотность потока частиц или гамма-квантов, бомбардирующих
образец, t - время облучения, знак коэффициента а' определяется знаком
разности Хв - ХА. С ростом дозы становятся важпыми взаимные превращения,
отжиг дефектов и т. д. В результате устанавливается стационарная
концентрация дефектов, причем ее зависимость от / может
стать нелинейной. Согласно (44.18) и
(44.21) имеем
Ansl/ns0 = aj\ Apjps0 = -a-JI{ 1 + aj);
aL =a't/ZD. (44.22)
200
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
Расчет неравновесных концентраций Ans2 и Aps2 требует совместного решения
системы уравнений непрерывности для электронов и дырок, кинетики их
захвата на ловушки и уравнения Пуассона для потенциала V при
соответствующих граничных условиях. Мы приведем приближенное решение,
справедливое, если квазиуровни Ферми для электронов и дырок не зависят от
координат. Обоснование и условия применимости этого решения содержатся в
§ 52. С учетом принятого выше неравенства |FS - Fs0| -С кТ имеем
