Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Заряжение радиоактивного полупроводника, вообще говоря, может по-разному
влиять на его поверхностные свойства. Один из вероятных механизмов
состоит в том, что заряжение изменяет электрический потенциал поверхности
образца. Это вызывает изменение плотности электронов (дырок),
локализованных на поверхностных уровнях, в том числе на уровнях
адсорбционного происхождения. В результате смещается равновесие между
заряженной и нейтральной формами хемосорбции, что приводит к сдвигу
равновесия с газовой фазой. С другой стороны, при этом изменяется
концентрация реакционно-способных адсорбированных молекул, что вызывает
изменение скорости реакции, идущей с их участием. Разумеется,
одновременно с заряжением влияниеТна поверхностные свойства
полупроводника оказывают и другие радиационные факторы, отмеченные выше-
238 РАДИОАКТИВНЫЕ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 17
Заметим, что экспериментальные исследования приводят к результатам дзух
типов. В одних случаях длительное выдерживание образцов, сопровождающееся
значительным падением их радиоактивности, приводит к росту радиационного
эффекта (см., например, [137]). Мы имеем здесь дело с эффектом "памяти" о
радиоактивном распаде. Он обусловлен в основном накоплением продуктов
распада и структурных дефектов. При теоретическом обсуждении этих
эффектов можно использовать результаты, полученные в предыдущих главах
при рассмотрении влияния внешнего предварительного облучения.
В других случаях эффекты "памяти" отсутствуют, и распад радиоактивного
изотопа сопровождается одновременным падением радиационного эффекта (см.,
например, рис. 46). Можно думать, что в этих случаях наблюдаемый эффект
обусловлен менее устойчивыми радиационными факторами, такими, как
внутренняя ионизация и заряжение образца. Ниже рассматривается механизм
совместного влияния заряжения и ионизации при радиоактивном распаде,
исследуется зависимость эффекта от удельной радиоактивности, "биографии"
образца, условий эксперимента и т. д. [224].
Изменение адсорбционных и каталитических свойств образца при введении
радиоактивных добавок будем характеризовать, как и в предыдущих главах,
величинами
ф = N/N0 - 1; К = g/g0 - 1. (50.1)
Для нахождения Ф можно воспользоваться выражениями, полученными в главе
15 при обсуждении эффектов внешнего облучения. В частности, в случае
"идеальной" поверхности согласно (44.2), (44.3) имеем
Ф = т1о±(|г±-1), (50-2)
где n± = N±/N$,
(х+ = 1/(х- = [(1 -f ps/n*)/( 1 + njp*)](njp*). (50.3)
Нижний индекс "0" относится к нерадиоактивному образцу, константы п* и р*
определяются выражениями (44.6) и зависят от положения энергетического
уровня адсорбированной молекулы и температуры, остальные обозначения те
же, что и в лаве 15. При переходе от (44.2), (44.3) 50.2), (50.3) мы
гположйл и fi* = 1. .
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА КАТАЛИЗАТОРЫ
239
Для скорости реакции g,"предполагая, что она контролируется плотностью
молекул, адсорбированных в заряженной форме, имеем:
U = (50.4)
Из (50.1), (50.2) и (50.4) следует
К = Ф/т)? = ц* - 1. (50.5)
Знак "+" в (50.2)-(50.5) относится к адсорбции донор-ного газа (донорной
реакции), знак "-" - к адсорбции акцепторного газа (акцепторной реакции).
Соотношения
(50.2), (50.3) и (50.5) определяют искомые величины Фи К.
Далее мы рассмотрим два предельных случая, в которых выражения (50.3)
существенно упрощаются:
1 <С n*lps njp*, (50.6а)
n*/ps <1 njр*<С 1, (50.66)
причем п*р* = ns0ps0^.nsps. Легко показать, что при условии (50.6а)
адсорбированные частицы связаны с электронной системой полупроводника в
основном через зону проводимости, а при условии (50.66) - через валентную
зону. Из (50.3) теперь следует
4- _ (nso!n в случае (50.6а),
1х+=1/ц"= (50.7)
(Ps/Pso в случае (50.66).
Соответственно из (50.5) и (50.7) получаем:
а) в случае (50.6а)
± | - Ans/ns адсорбция доноров,
Я = Ф/Т]0± = А , V (50-8)
I Ana/ns<) адсорбция акцепторов;
6) в случае (50.66)
± | Aps/Pso адсорбция доноров,
К = Ф/т]о = а / " (50-9)
I - Aps/ps адсорбция акцепторов;
Ans и Aps - добавочные концентрации электронов и дырок, обусловленные
радиоактивностью. Для дальнейшей расшифровки К и Ф необходим расчет Апа и
Aps. В рассматриваемом случае основной вклад в Ап3 и Aps
16 В, Г. Бару, Ф. Ф. Волькенштейн
240 РАДИОАКТИВНЫЕ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 17
вносят заряжение и ионизация. Соответственно в дальнейшем мы полагаем
Ans = Ansl + Ans2, Aps = Apsl + Арз2, (50.10)
где А?гз1, Apsl вызваны заряжением образца при сохранении в нем
электронного равновесия, a Ans2, Aps2 обусловлены ионизационными
процессами в заряженном образце.
Равновесные добавки Arcsl и Apsl, очевидно, можно представить в виде
Ansl/ns0 = exp [(Fs0 - v's)/kr] - 1,
APsi/Pso = exp [(F; - Fe0)/ftr] - 1,
где Fs и Fs0 - потенциальная энергия электрона на поверхности в поле
пространственного заряда соответственно для заряженного и нейтрального
полупроводника. Необходимо найти зависимость F, от Q, где Q -
стационарный заряд на радиоактивном образце. Мы будем рассматривать
