Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
концентрации свободных носителей до освещения. Из (5.3а) на основании
(4.1) имеем
- -Ч 1 - о -
аз =oti - -, где at = Pi ехр pso
-1Г 1 - и-
"4 = аг -п- -. гДе а2 = Рг ехр
"По "о
Аналогичным образом из (5.36) получаем
8+ + V
кТ
кТ
(5.4а)
+ + ^0 1 + Q +
аз =aj -г-, где af = Р7 ехр
¦По %о
+ 'П о" 1
"4 = "2 -о т-' гДе а2
¦По р"о
+
Р2" ехр I -
ег -у+
fer
е+ + и+
(5.46)
Здесь можно считать по порядку величины:
РГ = РГ = Г, Р^ = Р^ = Г-
(5.5)
Подставляя (5.4а) в (5.2а) и (5.46) в (5.26) и принимая в соответствии с
(5.4а, 6) и (4.5) обозначения
а2 Ло at ^0
а =-Е-+=^:ехр
4%
Pi Р2
кТ
(еГ- ei+)-(es~^+)
(5.6а) , (5.66)
§ 5] Формы хемосорбции под влиянием освещения 2
мы получаем соответственно:
т)~ ___ Ло т>° < Г1+ __ 'lo'
О¦ = - И- . (5-7а)
О - ^ Г, (5.76)
где
1 ¦+ а~ -ь Дя,/д,0
1 + а- + а- (Aps/ps0)
(5.8a)
, 1 + а+-[-Др/р
^ = +, +/* / Т" (5-8б)
1 + а++а+(Дпв/|.з0)
Здесь приняты обозначения
Д ns = ns - re s0, Д/>8 = ps - ps0. (5.9)
Очевидно, и Др8 представляют собой световые добавки к соответствующим
концентрациям.
Из (5.7а, б) на основании (4.2) получаем окончательно:
•ИГ = [1 + Ло" (и-- - О + nt (ц+ - I)]-1,
IL= = \^~, (5.10)
•По Чо
= ^ц+
4- 0 ^ '
Ч -По
Эти формулы показывают, как изменяется содержание на поверхности
различных форм хемосорбции под влиянием освещения. Это изменение, как мы
видим, обязано появлению неравновесных свободных носителей, возникающих
под действием света. Действительно, если бы мы имели
Д ns = Д ps = 0, то, согласно (5.8а, б)
р- = = 1 и, следовательно, согласно (5.10)
¦П0 = Tio, т,- = Т1+ = -по-,
28 АДСОРБЦИЯ НА ИДЕАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ [ГЛ. 2
т. е. содержание нейтральной, отрицательно и положительно заряженных форм
хемосорбции при освещении оставалось бы таким же, каким оно было в
темноте.
При этом совершенно неважно, каково происхождение неравновесных
носителей, т. е. каков механизм поглощения света в кристалле: является ли
этот механизм электронным (когда поглощение кванта сопровождается
переводом электрона с более низкого на более высокий энергетический
уровень) или экситонпым (когда поглощение кванта сопровождается
возникновением экситона, который затем аннигилирует на дефекте решетки,
вызывая ионизацию этого дефекта и приводя таким образом к рождению
свободного носителя).
Заметим, что при экситонном механизме поглощения света имеет место,
однако, одна особенность. Дело в том, что экситон аннигилирует не только
на структурном дефекте решетки, но может, вообще говоря, аннигилировать
также на хемосорбированной частице, переводя ее при этом из одного
зарядового состояния в другое и тем самым меняя относительное содержание
на поверхности различных форм хемосорбции (при этом свободные носители не
принимают непосредственного участия в процессе). Учет этого
обстоятельства требует специального рассмотрения
[19] и приводит, как мы сейчас покажем, к тем же окончательным формулам
(5.7а, б) или (5.10), в которых, однако, параметры ц,~ и ц,+ имеют теперь
иной вид, чем (5.8а) и (5.86).
Действительпо, пользуясь символикой, принятой в электронной теории
хемосорбции [17, 18], т. е. обозначая через eL, pL, epL - свободный
электрон, свободную дырку и свободный экситон соответственно, а через CL,
CeL, CpL - хемосорбированпую частицу, находящуюся соответственно в
нейтральном, отрицательно и положительно заряженном состояниях, мы можем
процессы аннигиляции экситона на хемосорбированной частице записать так:
CL + epL -> CeL -f- pL,
CeL + epL -> CL + eL
или
CL -f- epL -CpL -f- eL,
CpL -f- epL -> CL i pL.
ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ НА АДСОРБЦИЮ
29
Соответственно для условий электронного равновесия на уровнях А и D (см.
рис. 1) мы будем иметь вместо (5.1а) и (5.16)
{а~№ - ссГ PSN~) + Y Г es№ =
= (a77V"" - a~ns№) + y^esN~, (5.11a)
(at№ - сб^"Д+) + 7tesN<> -
= (a^iV+ - atPsN") + ytesN+, (5.116)
где es - концентрация свободных экситонов в плоскости поверхности
(коэффициенты 7~, yf, 72" нас здесь могут не интересовать).
Исходя из уравнений (5.11а, б), можно легко получить (подобно тому, как
это было сделано, исходя из уравнений (5.1а, б)) формулы (5.7а, б), а
следовательно, и формулы (5.10), в которых теперь, однако, параметры р,-
и ja+ имеют вид
1 + а~ + Ап /и + бГ"е
11~ - ----^---5 1 " , (5.12а)
1 + " + " (ДЛ/Р.о) + в2'ев
, . 1 + оЛ' -I- Ар /р -I- fi^'e
(j+ =-----1 ? , (5.126)
1 + "++"+(Д",/и.о) + Фв
где
Si = а (7! jai ), б2 = 72 /а2 ,
Sf =-- а+ ), бt ' it!at-
(5.13)
При отсутствии экситонов в кристалле (т. е. при es - = 0) или при наличии
экситонов, по в пренебрежении их аннигиляцией па хемосорбировапных
частицах (т. е. при 7^ = 7^Г = 0 и 7i~ = 42 = О) уравнения (5.11а, б)
превращаются в уравнения (5.1а, б), а формулы (5.12а, 6), согласно
(5.13), в формулы (5.8а, 6).
§ 6. Механизм влияния освещения на адсорбционную способность поверхности
Ограничимся здесь случаем установившегося адсорбционного равновесия.
Фотоадсорбционный эффект будем характеризовать величиной Ф,
