Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
центров каждого данного сорта'и адсорбционная способность поверхности. С
помощью такой модели можно объяснить те же закономерности, как и в
предыдущей модели, и некоторые особенности кинетики: эффекты
"последействия и памяти.
Наконец, в главе 6 будет^проведено подробное сравнение результатов теории
с экспериментальными данными.
2*
ГЛАВА 2
АДСОРБЦИЯ НА ИДЕАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 4. Содержание на поверхности различных форм хемосорбции при отсутствии
освещения
Как мы уже отмечали (§ 3), хемосорбированная частица, будучи дефектом
поверхности, способна захватывать свободный электрон или свободную дырку,
переходя из электрически нейтрального в заряженное состояние. Весьма
существенно, что при этом захватываемый электрон или захватываемая дырка
привлекаются к участию в хе-мосорбционной связи.
Таким образом, следует различать три формы хемосорбции [17, 18]:
а) Нейтральная форма, осуществляющаяся без участия свободного
электрона или свободной дырки. Эту форму обычно называют "слабой" формой.
б) Отрицательно заряженная форма, в которую вовлечен свободный
электрон решетки, локализованный на хемосорбированной частице. Это - так
называемая "прочная" акцепторная форма.
в) Положительно заряженная форма. Это - форма, в которую вовлечена
локализованная на хемосорбированной частице свободная дырка. Эту форму
хемосорбции мы называем "прочной" донорной формой.
Существенно, что эти формы отличаются прочностью хемосорбционной связи,
т. е. теплотой адсорбции. Заряженная форма всегда прочнее нейтральной.
Действительно, в первом случае в отличие от второго, десорбции должна
сопутствовать делокализация электрона или дырки, что представляет собой
всегда эндотермический процесс.
Существенно также, что заряженная форма в определенных случаях является
необратимой формой (см. об
§ 4] ФОРМЫ ХЕМОСОРБЦИИ ПРИ ОТСУТСТВИИ ОСВЕЩЕНИЯ 21
этом [18, 19]). Подвергая образец откачке, мы снимаем с поверхности
нейтральную форму, в то время как заряженная форма практически остается
на поверхности (сходит с нее весьма медленно). Десорбция частицы,
находящейся в заряженном состоянии, представляет собой акт, при котором
электрон или дырка, локализованные на хемосорби-рованной частице,
делокализуются, а сама частица, сделавшись нейтральной, покидает
поверхность. Затрудненность такой делокализации электрона (дырки), т. е.
нейтрализации заряженной частицы, и приводит к тому, что заряженная форма
хемосорбции выступает часто в роли практически необратимой формы.
Существенно, наконец, что среди различных форм хемосорбции есть формы
валентно-насыщенные и радикальные, при которых хемосорбированная частица
обладает ненасыщенной валентностью. Заметим, что свободные электроны и
дырки кристаллической решетки, вовлеченные в хемосорбционные процессы,
выполняют роль таких ненасыщенных (свободных) вакантностей. В ряде
случаев именно ими обеспечивается появление радикальных форм на
поверхности. К этому вопросу мы вернемся в главе 7.
Предположим, что на единице поверхности хемосор-бировано N частиц
некоторого определенного сорта. Пусть из них Аг0, N~, N+ частиц находятся
соответственно в электрически нейтральном, отрицательно и положительно
заряженном состояниях. Очевидно,
№ + N~ + N+ = N.
Величины
г|° = №/N, т)- = N~/N, г|+ = N+/N (4.1)
выражают собой относительное содержание на поверхности различных форм
хемосорбции. Эти величины играют важную роль в теории хемосорбции.
Очевидно,
г|° + тр + т|+ = 1. (4.2)
Если на поверхности осуществляется электронное равновесие, то параметры
Г|°, гр, Г|+ строго фиксированы. Их значения определяются положением
уровня Ферми на поверхности кристалла, которое мы будем характеризовать
величиной es, представляющей собой расстояние от уровня Ферми FF (рис. 1)
до так называемого собственного уровня Ферми, т. е. уровня Ферми в
собственном
22
АДСОРБЦИЯ НА ИДЕАЛЬНОИ ПОВЕРХНОСТИ
[ГЛ. 2
полупроводнике, в котором концентрации свободных электронов п и свободных
дырок р равны друг другу. На рис. 1 собственный уровень Ферми изображен
штриховой линией FjFi, через W обозначена энергия системы.
Положение собственного уровня Ферми может быть определено следующим
образом. Обозначим через г~ и Si\ расстояния от собственного уровня Ферми
до дна зоны
проводимости и до потолка валентной зоны соответственно; через nt и рх -
концентрацию свободных электронов и свободных дырок в собственном
полупроводнике. Мы имеем
И/,
i и -i 1
I, F F
ft г~ If'г С А \ 1 Ьэ j 1 Кл Н-- 51-
_L Vs
fi
fi
кТ
+
Pi = Ср ехр ( - ~
где
Л=0
~х
+
U.
(4.3)
(4.4)
Рис. 1. Здесь и - ширина запрещен-
ного участка между зонами, а Сп и Ср - эффективные плотности состояний
соответственно в зоне проводимости и в валентной зоне. Параметры Сп и Ср
зависят от температуры, от эффективных масс электрона и дырки и от
кратности вырождения соответствующих зон. Вид этих параметров нас здесь
может не интересовать. По определению мы имеем
Щ = Pt.
Подставляя сюда (4.3), получаем
