Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
сначала, что активными центрами адсорбции являются нейтральные донор-ные
дефекты. Это могут быть, например, дефекты типа F-центров, т. е. анионные
вакансии на поверхности, захватившие электроны. Такая ситуация
соответствует многим экспериментальным данным, изложенным в § 44.
Уравнения, описывающие адсорбционное равновесие на "реальной" поверхности
в этом случае, имеют вид (см. для сравнения § 11):
N = (аР/р)Х°; X* = Х° + Х+ + N. (45.1)
Здесь X* - полная плотность, Х° и Х+ - плотности нейтральных и
положительно заряженных поверхностных дефектов, а и |3 - вероятности
адсорбции и десорбции для данного дефекта. Из (45.1) следует
N = (аР/р)Х*/( 1 + а Р/р + Х+!Х°). (45.2)
Из уравнений баланса для электронных переходов между разрешенными зонами
и энергетическим уровнем поверхностного дефекта получаем:
до облучения = n*lns0 = ps0/p*,
в процессе облучения X+/Х° = (п* -f- $*ps)/(ns + |3*р*).
(45.3)
Параметры п* и р* определяются выражениями типа
(44.6), где, однако, под v+ или v~ следует понимать положение
энергетического уровня дефекта, |3* - отношение сечений захвата дырки и
электрона на этот уровень.
Из (45.2) и (45.3) находим выражение для Ф:
ф =ф1-|-ф2, (45.4)
ф =___________A^/"s0-P*(Psq/"*)(APs/.Ps0)_______
1 [Пв + Л*-|-р*(Рв + Р*) + (яР/р)(илЧ-р*р*)]/|"*' ^0'0)
ф _ АХ* 1 + аР/Р + п*/л80
г" х*0 1 + "Р/р + к + Р*р,)/(и. + ' (45-6)
204
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 15
Радиационный эффект Ф содержит два слагаемых: первое Фг обусловлено
перезарядкой "биографических" дефектов поверхности, второе Ф2 -
образованием радиационных поверхностных дефектов с плотностью АХ*. Легко
показать, что в случае, когда адсорбционными центрами служат заряженные
акцепторные дефекты (например, ионизованные катионные вакансии на
поверхности), выражения (45.4) - (45.6) для Ф полностью сохраняют свой
вид. В этом случае при малых заполнениях поверхности (аР/р < 1) и при
условии Р* " 1 выражение (45.5) для Фх соответствует формулам (14.4) -
(14.6), полученным при анализе фотоадсорбционного эффекта на "реальной"
поверхности.
Аналогично получаем выражения для Ф в случае, когда адсорбционными
центрами служат заряженные до-норные или нейтральные акцепторные дефекты:
Выражения (45.4) - (45.6) и (45.7) - (45.9) количественно характеризуют
влияние радиации на адсорбционную способность "реальной" поверхности в
рамках рассматриваемого механизма. Наблюдаемый эффект зависит от значений
добавочных концентраций Ans, Aps и АХ*, которые могут быть как
положительными, так и отрицательными. В частности, АХ* может стать
отрицательным, если поверхностные радиационные дефекты взаимодействуют с
биографическими адсорбционными центрами и "отравляют" их. Кроме того, Ф
зависит от параметров ns0, ps0, п*, р*, р*, отражающих природу
полупроводника и его биографию до облучения (т. е. условия приготовления
образца, степень легирования, обработку поверхности и т. д.).
Далее мы рассмотрим, как и в случае "идеальной" поверхности, две
экспериментальные ситуации: адсорбцию на предварительно облученном
полупроводнике и адсорбцию в поле излучения. В результате предваритель-
Ф = Фа + Ф"
(45.7)
Ф1 =
- (Ans/nso) + Р* QW"*) (Aps/ps0)
, (45.8)
[пз + п* + Р* (Ps + р*) -(- (аР/Р) (п* + P*ps)]/rcs0 iX* 1 + "-P/P
+ rcs0/rc*
(45.9)
X* l + aP/P + (ns+P*p*)/(rc* + P*ps)'
ОБЛУЧЕНИЕ "РЕАЛЬНОЙ" ПОВЕРХНОСТИ
205
ного облучения, как показано в предыдущем параграфе, в полупроводнике
образуются объемные дефекты или примеси, которые сдвигают уровень Ферми в
новое положение. При этом выполняется соотношение (44.7), которое
позволяет упростить выражения для Ф. В частности, из (45.4) - (45.6)
получаем
Ф = Ф, + Ф2;
Фх = (Anjns0) tl + K/n*)( 1 + аР/Р)!-1; (45.10)
ф2 = (ах*/х;)(1 + ф1).
Отметим, что при Anjns0 <С 1 эффект перезарядки, обусловленный сдвигом
уровня Ферми, незначителен, однако наблюдаемый эффект может быть велик,
если AX*!Xq ^ ^ 1. В этом случае из (45.10) следует
^ ф = фа = ДХ*/Х0> (45.11)
т. е. эффект обусловлен изменением концентрации поверхностных дефектов
при облучении. Подобный результат был получен экспериментально в [119-
124]. Предварительное реакторное облучение MgO по данным ЭПР резко
увеличивало плотность поверхностных вакансий кислорода и вызывало сильную
необратимую адсорбцию кислорода на этих центрах при комнатной
температуре. Отметим, что предварительное гамма-облучение MgO согласно
тем жб данным не изменяло плотности поверхностных дефектов (АХ* = 0), а
наблюдаемое увеличение адсорбционной способности, значительно меньшее,
чем при облучении нейтронами, было обусловлено захватом неравновесных
носителей заряда биографическими дефектами. Здесь мы имеем дело с
проявлением "электронной" памяти, исследованной теоретически в [1561 (см.
также §§ 12, 13, 17).
Если адсорбция происходит в процессе облучения, необходимо пользоваться
общцми формулами (45.2),
(45.4) - (45.6) и (45.7)-(45.9). Удобно проследить соответствие этих
формул экспериментальным данным на конкретном примере адсорбции кислорода
