Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Ans2 = Апв.г exp (-VjkT); Aps2 = Apv2 exp (VjkT),
(44.23)
где Anvi, Apv2 - объемные добавочные концентрации неравновесных
электронов и дырок. Из условия локальной нейтральности в объеме следует
Anv2(l + уп) = Apvz(l + ур); уп = Ant /Агев2;
У р = ApJApv2, (44.24)
где A nt, A Pi - концентрации неравновесных электронов и дырок на
объемных ловушках, уп, ур -коэффициенты прилипания электронов и дырок.
При уп ~ ур <С 1 имеем
A nvi = Арвг = (ц/Щт, (44.25).
где г) - выход радиационной ионизации, Я - характерная длина
ионизационных потерь, т - время жизни неравновесной пары электрон -
дырка. Из (44.10), (44.23) и (44.25) получаем
A njnsa = bj, ApsJps0 = b2I. (44.26)
В рассмотренном случае b2/b1 = (Zd - ZA)2/ni 1.
Подстановка (44.22) и (44.26) в (44.3) дает общие выражения для Ф,
справедливые как при слабом, так и при сильном изменении концентраций
электронов и дырок при облучении. Результаты становятся особенно
наглядными при слабой интенсивности облучения (axI -С 1, ЬХ1 <С < 1 + Р*
(р*п/п80), Ъ21 <С 1 + Р* {рл/пео)), когда вклады
ОЁЛУЧЁПЙЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
201
от дефектов решетки и ионизации разделяются:
Ф =
l-P*(pL/reso)(Vbi)l адсорбция
¦J доноров, <44'27а)
адсорбция (44276)
"По"
%
-a^-ybxL
aj+bj-
1 + ^(PiV^so)
1 - Р* (Pa/,1so) (VM
1 + Р* (PX/nsо)
акцепторов.
Первое слагаемое в выражениях (44.27) обусловлено структурными дефектами,
второе - неравновесными электронами и дырками. Напомним, что знак
коэффициента ах определяется знаком разности Xd- Ха, т. е. типом
преобладающих дефектов. Пусть для определенности ах > 0. Кроме того,
согласно (44.22) коэффициент ах пропорцио- Ф нален времени облучения t,
что отражает рост концентрации дефектов в процессе об- о лучения при не
слишком высоких дозах. На рис. 39 представлена зависимость радиационного
эффекта Ф от вре- Ряс. 39.
мени или дозы облучения для
случая адсорбции акцепторного газа. Пунктирные части кривых появляются
при учете рекомбинации радиационных дефектов при больших дозах облучения.
Кривая 1 соответствует' выполнению неравенства
Р* (pa/Wso) (V&i) = Р* ехР Кеи + ^30 - v-)/kT] > 1. (44.28)
При обратном неравенстве возникает кривая 2.
Видно, что в начальной стадии облучения (t<.t*) знак Ф на кривых 1 и 2
различен и определяется критерием (44.28). Этот критерий точно
соответствует критерию знака фотоадсорбционного эффекта для акцепторного
газа, полученному в § 7. Это и понятно, ибо в начальной стадии
рассматриваемый здесь радиационный эффект определяется, как и в случае
фотоадсорбции, неравновесными электронами и дырками. В дальнейшем,
однако, возрастает роль структурных дефектов, и при t > t*, если
выполнено условие (44.28)j знак Ф меняется на противоположный.
202
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
Значение t* находится из условия Ф(?*) = 0:
2* = P*(p14o)(62/6i)-1
[l +P*(pl/"s0)j К/61)
Если выполняется неравенство, обратное (44.28), то при ах > 0 имеем t* <
0, знак Ф не изменяется, но участие радиационных дефектов приводит к
росту Ф по абсолютной величине. Чем ближе |?*| к нулю, тем сильнее вклад
структурных дефектов в радиационный эффект.
Отметим, что в экспериментальных работах указанная выше смена знака Ф в
процессе облучения, по-видимому, не наблюдалась. Это может быть связано с
тем, что была мала вероятность образования радиационных доноров или
акцепторов, т. е. мал коэффициент ах в (44.27) и (44.29). При этом точка
t* на рис. 39 может резко сдвинуться вправо по оси t (согласно (44.29)
при ах ->¦ 0 t* ->- 00) и стать ненаблюдаемой. В частности, такая
ситуация, вероятно, имела место при гамма-облучении ZnO и AL03 [148], а
также при реакторном облучении Сг203 [152]. В обоих случаях радиационный
эффект в поле излучения был намного сильнее, чем при предварительном
облучении адсорбентов, что указывает на незначительную роль решеточных
дефектов в сравнении с иопизационпыми процессами. Знак радиационного
эффекта, например, при адсорбции кислорода па Сг203 определяется
фактически критерием (44.28), а его величина - выражением (44.276), где
первое слагаемое препебрежимо мало по сравнению со вторым.
§ 45. Влияние облучения на адсорбционную способность "реальной"
поверхности полупроводника
Согласно экспериментальным данным структурные дефекты поверхности часто
выступают в роли активных центров адсорбции и катализа. При этом важную
роль играет зарядовое состояние дефекта, так как прочность адсорбционной
связи оказывается различной на заряженном и нейтральном дефекте (см. §
10).
Облучение быстрыми частицами и гамма-квантами оказывает двоякое влияние
на "реальную" поверхность полупроводника. С одной стороны^ оно вызывает
пере-
§45]
ОБЛУЧЕНИЕ "РЕАЛЬНОЙ" ПОВЕРХНОСТИ
203
зарядку структурных дефектов, существовавших на поверхности до облучения,
с другой - "рождает" новые поверхностные дефекты, способные стать
адсорбционными центрами.
Изменение адсорбционной способности N при облучении мы будем
характеризовать, как и раньше, величиной Ф = N/N0 - 1. Будем считать
