Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
см~3, находим i?min ~ 10-11-10~12 кюри/г. Крайне низкое значение Rmin на
первый взгляд противоречит экспериментальным данным, согласно которым
радиационный эффект отсутствовал при значительно больших значениях R
[232, 233]. В действительности проти-
ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ ИОННОГО ОБМЕНА
271
воречия нет, так как полученный выше результат, обусловленный накоплением
радиационного эффекта в окисле ("электронная память"), справедлив только
в стационарном режиме. В эксперименте же степень заряжения поверхностных
центров далека от стационарной. Действительно, длительность заряжения
центров характеризуется электронными временами тм, тм и тн, (см- (53.5)),
которые при реально используемых R на много порядков превышают
адсорбционные времена тм и тн, характеризующие длительность эксперимента.
Например, при R ~ 10 мкюриЬ оценка дает:
Тн = Тн - тм ^ ~ (^ал-й)-1 ^ Ю7 - 108сев,
т. е. стационарное заряжение наступает за время порядка года. За время
эксперимента (t < 103 сек) успевает зарядиться лишь ничтожная доля
поверхностных центров (в данном случае ~ 10~4-10'5), влияние которой
лежит в пределах ошибки эксперимента. С другой стороны, для того, чтобы
перезарядка поверхностных центров стала существенной, необходимо, чтобы
электронные времена стали сравнимы с временем проведения эксперимента.
Оценка показывает, что для этого (при принятых значениях параметров)
необходимы значения R ~ 102 - 103 кюри!г. В эксперименте значения R
раствора были значительно меньшими.
Таким образом, наблюдаемое экспериментально отсутствие радиационного
влияния на ионный обмен обусловлено с точки зрения рассматриваемого
механизма слабой степенью перезарядки поверхностных адсорбционных
центров, осуществляемой в процессе адсорбции ионов под действием
облучения.
Подчеркнем важную роль, которую играет в оценке радиационного эффекта
толщина окисного слоя, покрывающего полупроводник. Это связано с тем, что
электронные времена в значительной степени определяются туннелированием
электронов через слой окисла. В частности, при уменьшении толщины
окисного слоя вдвое (I са
О
~50 А) электронные времена резко падают и приближаются к адсорбционным,
однако при этом сильно возрастают значения -ffmin" необходимые для
наблюдения эффекта [233].
272 ВЛИЯНИВ ОБЛУЧЕНИЯ НА КИНЕТИКУ ХЕМОСОРБЦИИ (ГЛ. 18
§ 54. Заключительные замечания и некоторые теоретические прогнозы
В третьей части книги проведено теоретическое исследование ряда вопросов^
связанных с воздействием корпускулярного и гамма-облучения на
поверхностные физикохимические свойства полупроводников. Мы рассмотрели
вероятные электронные механизмы влияния радиации на адсорбционное
равновесие, кинетику адсорбции, каталитическую активность и селективность
полупроводника. Как правило, эти механизмы связаны с изменением под
действием радиации зарядового состояния адсорбированных молекул или
поверхностных дефектов, выступающих в качестве адсорбционных и
каталитических центров. Такая перезарядка изменяет форму адсорбционной
связи и реакционную способность адсорбированных молекул.
Облучение осуществляет перезарядку обычно не непосредственно, а путем
сдвига электронного равновесия в полупроводнике или возбуждения
неравновесных носителей заряда в результате проявления характерных
радиационных факторов (образование структурных дефектов, ионизация,
ядерные превращения и т. д.).
Нередко существенным оказывается рекомбинационный механизм влияния
радиации, сопровождающийся возбуждением поверхностных активных центров и
адсорбированных молекул за счет энергии, выделяющейся при их перезарядке
или поверхностной рекомбинации. Это один из эффективных механизмов
трансформации энергии излучения в энергию, необходимую для ускорения
химических процессов на поверхности полупроводника.
В ряде случаев наблюдаемые радиационные эффекты обусловлены образованием
на поверхности в результате облучения новых структурных дефектов,
способных стать активными адсорбционными и каталитическими центрами.
Количественный анализ различных механизмов влияния радиации позволил
сформулировать критерии величины и знака ряда радиационных эффектов на
поверхности полупроводника, выяснить их зависимость от интенсивности и
дозы облучения, "биографии" полупроводника, химической природы
адсорбированных молекул, температуры и других условий эксперимента. Эти
результаты, как следует из предыдущего изложения (см. главы 15-
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
273
18)j позволили с единой точки зрения рассмотреть и интерпретировать
различные и на первый взгляд противоречащие друг другуд экспериментальные
факты.
Наряду с этим ряд результатов представляет собой теоретические j
прогнозы, у экспериментальная проверка которых важна для подтверждения и
дальнейшего развития теории. Остановимся на некоторых из этих
результатов.
1. Как отмечено в_§ 44, полупроводник, подвергнутый предварительному
облучению, оказывается в метастабиль-ном состоянии с повышенной
плотностью радиационных структурных дефектов ("решеточная память").
