Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
N(t) = №(оо)[(1 - е~т') + (т"/т°) (1 - е~г/та)] • (52.28)
262 ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА КИНЕТИКУ ХЕМОСОРБЦИИ ТТЛ. 15
Процесс, как видим, состоит из двух стадий: быстрой (с постоянной времени
т* ~ т* <С т2), определяемой установлением адсорбционного равновесия с
газовой фазой, и медленной (с постоянной времени т2 ~ т~), лимитируемой
установлением электронного равновесия между нейтральной и заряженной
формами хемосорбции. При снятии облучения процесс описывается аналогично,
так как неравенство т* <С т^", то является более сильным, чем т <С т-,
т°. При этом вторая стадия еще более замедляется (т~ > т~). Подчеркнем,
что если т-<С т°, то как при т* т-, т°, так и при т* <С т~, т°из (52.26)
и (52.27) получаем кинетику, практически не зависящую от электронных
параметров полупроводника и не чувствительную к облучению:
N(t) = №(°c)[i - exp (-t/т*)]. (52.29)
Исследуем теперь зависимость скорости хемосорбции при облучении от
температуры. Дифференцируя (52.25) по t, находим
ш _ + (1 + т-/х, _ /т.) "-"ft.].
tzr Т2 Xj
(52.30)
Учитывая (52.24), легко выделить три участка на кривой N(t), на которых
dN/dt практически не меняется во времени:
dNIdt ~№(oo)Jt* при t <С тгХ1(52.31)
dNJdt ~
(№(оо)/х*, т0| (52.32а)
> при тг<С?<Ст",
[л(tm) (оо)/т°, т* <С т , т° j (52.326)
dNIdt 0 при т2 < t. (52.33)
Очевидно, что в случаях (52.31), (52.32а) и (52.33) облучение не
изменяет, а в случае (52.326) может изменить температурную зависимость
dN/dt. Действительно, подставляя в (52.326) значения т° и №(оо) и
учитывая (52.18), получаем при условии ns р* (т. е. при не слишком низком
положении квазиуровня Ферми, обеспечивающем заряжение адсорбированной
частицы в основном через зону
J 52] КИНЕТИЧЕСКАЯ ИЗОТЕРМА И ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ 263
проводимости):
dN!dt=BiP[n0(x0) + Ап(х0) ] ехр [- (q1 - q"+ Vs)/kT].
(52.34)
Константа Вх сла^о зависит от температуры. Отметим, что (52.326) можно
получить непосредственно из (52.1). Это означает, что в (52.34) и
последующих формулах можно снять предположение о слабом влиянии адсорбции
на поверхностный заряд и считать
Fs = VS(N~).
Полагая в (52.34) Ап(х0) = О, Fs = Fs0 и учитывая, что п0 (х0) ~ ехр[-(в~
- &v)/kT], находим энергию активации хемосорбции Е на необлучениом
образце (см. также [227, 228]):
Е0 - Ч- Fso- (52.35)
При низком уровне возбуждения (Ап(х0) С /г0(х0), Vs ~ ~ Fs0) облучение
согласно (52.34) слабо влияет на Е0. При высоком уровне возбуждения
(А/г(а;0) п0(х0)) из
(52.34) и (52.35) получаем
E - q 1 - + А Е~Е - Е0 = -(е* -ei>)+Fs-Fso.
(52.36)
До сих пор мы рассматривали адсорбцию акцепторного газа. Аналогичные
результаты получаются в случае адсорбции доноров. Для этого достаточно в
полученных выше выражениях поменять местами величины т° и т- [226].
Физический смысл изменения энергии активации при облучении очевиден: при
сильном возбуждении электроны (дырки), участвующие в хемосорбции,
создаются в объеме образца за счет радиационной, а не тепловой энергии, и
лишь при движении к поверхности они должны преодолевать энергетический
барьер Fs, поскольку избыток энергии, полученной от радиации, оказывается
уже растраченным.
Этот результат применим и к влиянию облучения на энергию активации
каталитических процессов, если ско-
264 ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА КИНЕТИКУ ХЕМОСОРБЦИИ [ГЛ. 18
рость последних пропорциональна па или ps (см. главы 16 и 17). Заметим,
что в рассматриваемых случаях электроны и дырки выступают по существу в
роли адсорбционных или каталитических центров. Таким образом, изменение
энергии активации гетерогенного процесса при облучении связано прежде
всего с изменением энергии активации активных центров поверхности. Этот
вывод является общим, он справедлив ив тех случаях, когда центрами
адсорбции или катализа являются не только свободные электроны и дырки, но
и структурные дефекты поверхности.
Возвращаясь к (52.36), видим, что ДЕ определяется величиной el~ - е" (или
-(- е"). Следовательно, высокоомные полупроводники и изоляторы, где е~-гс
и Е-1 -)- е" велики, должны быть более чувствительны к радиационному
воздействию, чем низкоомные полупроводники. Кроме того, согласно (52.34)
радиационное воздействие на энергию активации усиливается в области
низких температур, так как при этом возрастает отношение Ап(х0)/п0(х0).
Усиление радиационной чувствительности при низких температурах и при
переходе к высокоомным полупроводникам и изоляторам является хорошо
известным экспериментальным фактом, отмеченным в § 46.
Из (52.36) следует, что при адсорбции акцепторов, если Fs < 0 и |FS| ^ qx
- q2, имеем Е ^ 0. При адсорбции доноров Е sg; 0, если Vs ^ ql - q2> 0
[226].
При Е <С 0 скорость хемосорбции падает с ростом температуры. Подобная
зависимость может иметь место и в тех случаях, когда центрами адсорбции
служат структурные дефекты, возникшие при облучении. С ростом температуры
вследствие отжига дефектов концентрация таких центров, а следовательно, и
скорость процесса могут падать.
Выше мы рассматривали лишь ионизационные процессы как причину изменения
