Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
от обратной температуры IIТ.
3 51] КАТАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА
249
Рис. 49, а соответствует образцам л-типа, рис. 49, б - образцам p-типа
(крйвая 1 - до облучения, кривая 2 - после облучения). Видно, что
радиоактивность ускоряет дегидратацию в обоих случаях. Однако влияние
на'лро-водимость оказалось иным: на радиоактивных образцах /г-типа
проводимость падала, а на образцах р-типа - возрастала. Эти результаты
приведены на рис. 50, а, б,
где дана зависимость электропроводности и от 1 IT соответственно для
образцов /г-типа (рис. 50, а) и р-типа (рис. 50, б). Последние данные
говорят о том, что ионизационные процессы, которые обычно лишь
увеличивают проводимость, в рассматриваемом случае не играли определяющей
роли. Эффект, очевидно, был вызван смещением электронного равновесия в
сторону обогащения полупроводника дырками. Одной из вероятных причин
такого смещения, по мнению авторов [163], могло быть заряжение образца
при |3-распаде изотопа W187* Однако независимо от того, какой фактор
вызывал изменение проводимости, сопоставление данных о проводимости и
каталитических измерений (рис. 49, а, б, 50, а, б) свидетельствует, что
исследуемая реакция принадлежала к донорному типу. Об этом же говорит тот
факт (это видно из рис. 49, а,
б), что скорость дегидратации на образцах p-типа по абсолютной величине
значительно превосходит скорость реакции на "-полупроводнике.
Л,(ОМ-СП)-'
х,(ом-см)~1
1J 1.8 2,0 '
а/
Рис. 50.
1---------1 1--------1-----L '.JQ3
1,6 1,8 2,0 Т
.5)
250 РАДИОАКТИВНЫЕ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 17
Электронный механизм дегидратации спирта был подробно проанализирован в §
48 (см. формулу (48.16) и рис. 44). Было показано, что реакция
дегидратации содержит две ветви - донорную и акцепторную; их реализация
зависит от ряда условий, в частности, от концентрации электронов ns на
поверхности полупроводника. Донор-ный характер реакция проявляет в
области ns > птах. Здесь она лимитируется скоростью нейтрализации ОН~-
групп на поверхности с последующим образованием молекул воды. В
радиоактивных образцах WS2 согласно данным об электропроводности
концентрация электронов падает, а концентрация дырок возрастает. Это
вызывает ускорение лимитирующей стадии и всего процесса в целом.
Отметим, что в рассматриваемой системе донорное поведение реакции
дегидратации было зафиксировано как на образцах w-типа, так и на образцах
р-типа. При отсутствии инверсии на поверхности в р-полупроводнике ns <;
nt (rif - "собственная" концентрация носителей заряда в полупроводнике).
С другой стороны, донорное поведение реакции, как отмечено выше,
означает, что в рассматриваемом случае гстах < ns, т. е. nmSLX < й; и
зависимость g{ns) на WS2 выглядит именно так, как на рис. 44.
Таким образом, установленная в [163] экспериментально корреляция при
изменении каталитических и электрических свойств полупроводника под
действием облучения позволяет делать определенные выводы не только о
механизме радиационного эффекта, но и о механизме каталитической реакции
в отсутствие облучения.
Другой пример подобной корреляции каталитических и электрических свойств
продемонстрирован в работе [192]. В ней исследовалось влияние
радиоактивного изотопа Y91, введенного в образцы У203 при их
приготовлении, на селективность этого окисла в процессе разложения
изопропанола в области температур 380 - 400°С. Каталитическая реакция
разложения спирта на У203 идет, как обычно, в двух направлениях -
дегидрирования и дегидратации:
С,Н,ОН-|^С° + '^ <*> (51.1)
Обнаруженная зависимость скорости дегидрирования gt
§51] КАТАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА
251
д2,мл1мин
и скорости дегидратации g2 от удельной радиоактивности катализатора
приведена на рис. 51, а, б. На нерадиоактивном образце Y203 скорость
дегидратации д,,пл/мин была заметно выше скорости дегидрирования. С
ростом удельной радиоактивности дегидратация подавлялась (рис. 51, б), а
дегидрирование ускорялось (рис. 51, а), т. е. происходило изменение
направления каталитической реакции.
Наряду с этим при тех же температурах измерялась контактная разность
потенциалов 1'к между образцом Y203 с различной удельной радиоактивностью
и стандартным золотым электродом. Зависимость изменений контактной
разности AFK от [удельной радиоактивности В представлена на рис. 52.
Как связаны друг с другом экспериментальные данные, приведенные на рис.
51 ные изменения FK при введении в образец радиоактивного изотопа?
Простейшее объяснение может быть основано, как и в случае WS2, на
предположении о сдвиге электронного равновесия в радиоактивном Y203. Если
при этом нарушение электронного равновесия малосущественно, то
направление изменения FK однозначно указывает на смещение уровня Ферми на
поверхности образца вверх, что ведет к обогащению поверхности электронами
и обеднению ее дырками.
Рис. 51.
52? Чем объясняются силь-
252 РАДИОАКТИВНЫЕ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 17
Для скоростей дегидрирования g1 и дегидратации g2
