Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
(48.9) находим
№в = Nl - (g2/y6) [1 + (ЛфЛ^)]. (48.12)
Заметим, что концентрация адсорбированных молекул спирта тем меньше, чем
больше отношение Ne/N%. Это объясняется тем, что положительно заряженные
молекулы этилена С2Н4", прочно, связанные с поверхностью, блокируют
адсорбционные центры для молекул спирта. Из (48.10), (48.12) следует
окончательное выражение для gy.
?2 = Т2N2 {1 + (V3/V4) (.NohWoh) +
+ (YS/YS)[1 + (Nt/N^)])-1. (48.13)
Отношения Noh/Nok и Ne/Ne выразим через ns и ps из уравнений (48.5),
(48.6) и (48.7), (48.8):
Л^оп ^lHs 62^0Н "Ь ' N+ Ь3пЕ + btps + V5
¦^ОН Ь1пОН ^2Ps b3ns + biPE
(48.14)
Выражения (48.14) свидетельствуют, что протекание химической реакции
нарушает электронное равновесие на поверхности даже в отсутствие
облучения. Если это нарушение невелико, так что
74^А<Мв + Ь2рон; Уъ<-Ьзп*е + biPs, (48.14а)
то в отсутствие облучения с учетом равновесных соотношений nsps = ионРон
= ПеРе получаем из (48.14):
NoH/NoH = Па/Пон = Poh/Ps'. Ne^E = nElns- PsIPe-
(48.15)
Подстановка (48.15) в (48.13) дает g2(ns) или g2(ps): g2 = y2N*2 [1 +
yjyb + Y3/Y4 (па/пон) +
+ (Yt/Vi) (ия/и.)]-1- (48.16)
ОБЛУЧЕНИЕ И ДЕГИДРАТАЦИЯ СПИРТА
На рис. 44 представлена схематически зависимость g2(ns)-Значение итах
определяется из условия dgjdns = 0:
^шах = Mi V (У v'У ь) (74/7з) ("он/Ре)- (48.17)
Максимальная скорость реакции g2max равна
Si max - ("щах) = 7a^2 [1 "f" Уг/Уъ "f"
+ 2|^(72/75)(7к/74)("е/пон)] *• (48.18)
Таким образом, как и в случае дегидрирования, реакция дегидратации спирта
на поверхности полупроводника может иметь две ветви: донорную (g2 падает
с ростом ns) и акцепторную (g% растет с ростом ns). Первая из этих ветвей
была получена в [И, 12,
163]. Она реализуется, согласно (48.16) и рис. 44, в области ns>
ГДС СКОрОСТЬ
реакции лимитируется донорной электронной стадией (48.26) - стадией
нейтрализации гидроксильных групп ОН~ с последующим образованием молекул
воды. Акцепторная ветвь имеет место в области ns < nmax, где лимитирующей
является акцепторная электронная стадия (48.2г) - стадия нейтрализации
иона С2Н4+ с последующей десорбцией молекулы этилена. Очевидно, что любой
фактор, способный изменить ns или сдвинуть гетах> может вызвать переход с
одной ветви на другую.
Рассмотрим, как изменяется скорость реакции дегидратации спирта под
влиянием облучения полупроводника. Радиационно-каталитический эффект
будем характеризовать, как и в предыдущем параграфе, величиной
Кг = gjgn -I- (48.19)
В случае предварительного облучения катализатора предполагаем, что
электронное равновесие успевает установиться до начала реакции. Облучение
вызывает сдвиг уровня Ферми и изменение концентраций электронов и дырок в
полупроводнике. При этом формулы (48.16) - 15*
228 ОБЛУЧЕНИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА [ГЛ. 16
(48.18) и полученные выводы остаются в силе. Необходимо лишь
представить поверхностную концентрацию электронов ns в виде ns = ns0 +
Ans, где Ans - добавки, обусловленные сдвигом равновесия в облученном
образце. Тогда подстановка (48.16) в (48.19) дает
К-ъ, = (Ans/nso) [1 (ftso/"max)("s/"max) №2,
С2 = (Ya/Ve) (пв/п.) [1 + Y2/Y5 + (Ys/Yj (",/пон) + (48.20)
+ (Y2/75)|("e/".)]_1-
Два первых множителя в (48.20), как и в (47.19), характеризуют знак
радиационно-каталитического эффекта. Он оказывается зависящим от
состояния поверхности полупроводника до облучения. Если ns0 < nmax и при
этом Ans < 0 (облучение сдвигает уровень Ферми вниз), то К2 < 0. Если же
Ans >¦ 0 (облучение сдвигает уровень Ферми вверх), то К2, будучи
положительным, растет с ростом дозы облучения, достигает максимума, затем
в области ns > nmSLX падает и становится отрицательным. В случае ns0 >
птах картина обратная: К2<С0 при Ans^>0, а при Ans <С 0 К2 ведет себя с
ростом дозы немонотонно (при малых дозах К2 > 0, а при больших - К2<С0).
Немонотонное поведение К2 нетрудно понять, обратившись к рис. 44: оно
есть следствие немонотонной зависимости g2(ns), означающей смену донорной
ветви акцепторной или наоборот.
Обратимся к экспериментальным данным. Согласно [162] предварительное
реадторное облучение вызывало уменьшение скорости дегидратации этилового
спирта как на полупроводнике тг-типа ZnO, так и на полупроводнике p-типа
Сг203. При этом, по мнению автора [162], облучение обогащало Сг203
акцепторными дефектами, a ZnO - донорной примесью Ga69, возникающей в
результате ядер-ных превращений. Эти данные находятся в соответствии с
зависимостью g2(n8), приведенной на рис. 44, а также с критерием знака
радиационного эффекта (48.20). Действительно, если в каждом из
полупроводников значение Птах не сильно отличается от гаг(см. (48.17)),
то до облучения в полупроводнике гс-типа ZnO имеем . nsl) > "шах, а в
полупроводнике p-типа Сг203 имеем ns0 < птах- Далее, введение донорной
примеси в ZnO и акцепторных дефектов в Сг203 означает, что А пщ >0 в
первом случае и
ОБЛУЧЕНИЕ И ДЕГИДРАТАЦИЯ СПИРТА
229
Ans < 0 - во втором. Используя критерий (48.20), убеждаемся, что в обоих
