Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
в рассматриваемом случае применимы выражения (47.15)
и (48.16), полученные в главе 16. На рис. 53 приведены
соответствующие завися? симости gx(nj) и g2(ns),
отнесенные к одному полупроводнику, в предположении, ЧТО /гтаХ>
> И г > итах- Пусть в не-радиоактивном образце У203 концентрация
электронов ns0 на поверхности находится
/ л \
В области Итах < nsо <
< nt. Такой выбор соответствует экспериментальным данным, согласно
которым скорость дегидратации g02 на нерадиоактивном образце превосходит
скорость дегидрирования g01 (см. на рис. 51 значения gx и g2 при II - 0).
Рис. 52.
Рис. 53.
Увеличение удельной радиоактивности согласно данным об изменении
контактной разности потенциалов Гк вызывает рост ns, т. е. перемещает
систему из точки ns0 вправо по горизонтальной оси рис. 53. При этом, как
видно из рис. 53, gj возрастает, a g2 падает в согласии с
экспериментальными данными, приведенными на рис. 51. Такое поведение
обусловлено тем, что в рассматриваемой области ns (rcmax < ns < "max)
СКОрОСТЬ ДеГИДрИрОВЭНИЯ gx контролируется нейтрализацией адсорбированных
ионов Н+, предшествующей образованию молекулы Н2. Этот процесс ускоряется
с ростом концентрации электронов ns. В то же время скорость дегидратации
g2 лимитируется нейтрализацией ионов ОН-, которая предшест-
51] КАТАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА 253
вует образованию молекулы Н20 и с ростом п3 замедляется. Другими словами,
реакция дегидрирования в указанной области параметров ведет себя как
акцепторная, а реакция дегидратации - как донорная.
Выше предполагалось, что радиоактивность приводит главным образом к
сдвигу, а не нарушению электронного равновесия в образце. Если же
нарушение равновесия, велико и более существенно, чем сдвиг, то трактовка
полученных в [192] экспериментальных данных становится менее однозначной.
Скорости реакций g01 и g02 на нерадиоактивном образце В области "max <
ns0 < Итах МОЖНО CO-гласно (47.15) и (48.16) представить в виде:
?01 = Mfl [1 + РЖ + (Рз/Р*) (пн/*"о)] _ 0.
* (51.2)
g02 = у^2 [1 + We + (V3/V4) (га,0/"он)] ¦
В радиоактивном образце при нарушенном равновесии необходимо использовать
для g± и g2 общие выражения
(47.12), (47.13) и (48.13), (48.14) соответственно. Из этих выражений при
достаточно высоком уровне возбуждения, который следует из данных о
контактной разности потенциалов, мы получаем
gi - Рг^1 [l + Р2/Р5 + (Р3/Р4) {ps/ns) I I
_ (51.3)
g2 = 2 [1 + V2/V5 + (V3/V4) ("./P.) 1 •
Экспериментальным данным, как видно из рис. 51, соответствуют следующие
неравенства:
gl>g0l\ #2<?02- (51-4)
Согласно (51.2) и (51.3) эти неравенства могут быть выполнены при
условиях
(.nJns0)(riH/ps)>i; (ns/ns0) (поя1р$) > 1- (51.5)
Соотношения (51.5) однозначно не вытекают из данных об изменении Vv (рис.
52). Поэтому при нарушенном равновесии для интерпретации каталитических
свойств необходимы дополнительные сведения об электронном состоянии
радиоактивного катализатора и энергетическом спектре адсорбированных на
его поверхности частиц.
ГЛАВА 18
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ НА КИНЕТИКУ ХЕМОСОРБЦИИ И ИОННЫЙ ОБМЕН НА
ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА
§ 52. Кинетическая изотерма и энергия активации радиационной хемосорбции
Мы ограничимся здесь рассмотрением кинетики радиационной адсорбции (т. е.
адсорбции в поле радиации) на регулярных атомах поверхности [226].
Особенности кинетики адсорбции на поверхностных дефектах [156]
обсуждались нами в §§ 12, 13, 15 и 17 в связи с эффектами "памяти" при
фотоадсорбции.
В отсутствие облучения, как показано в [227, 228], кинетика хемосорбции
определяется характеристическими временами, зависящими от концентраций
электронов и
дырок на адсорбирующей W 4 поверхности полупровод-
ника. Радиационный эффект является результатом изменения этих
концентраций при облучении.
Как и в предыдущей главе, будем рассматривать полупроводниковый образец в
виде пластинки толщиной 21. Энергетический спектр такого образца в
условиях термодинамического равновесия схематически изображен на рис. 54;
в силу симметрии рассматривается лишь область положительных х.
Обозначения те же, что и в предыдущих главах. Для определенности будем
говорить об адсорбции акцепторных частиц.
ТЕ
тт
-и
FV~
Vs
т
ССд
Рис. 54.
§ 52] КИНЕТИЧЕСКАЯ ИЗОТЕРМА И ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ 25-
Тогда N(t) = №(t) + N~(t), где N(t) - полная плотность, №(t) и N~(t) -
плотность нейтральных и заряженных хемосорбированных частиц в момент
времени t.
Кинетика хемосорбции в условиях облучения при небольших заполнениях может
быть описана системой уравнений, аналогичной системе, принятой в [227]:
d№/dt = 1№(оо) - №]/%* - (№/%<> - N-/X-), (52.1а)
dN-ldt = Л(tm)/т° - N-/т-, (52.16)
с начальным условием при t = 0:
№ = 7V~ = 0. (52.2)
В (52.1) наряду с кинетикой обмена с газовой фазой отражена кинетика
перезарядки адсорбированной молекулы при электронных переходах между ее
энергетическим уровнем А (см. рис. 54) и разрешенными зонами
полупроводника. В (52.1)
№(оо) = a1PN*x* exp (-qJkT),
