Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
широкозонного полупроводника рутила (ТЮг) при адсорбции инертных газов
(Ат и Хе) - рис.8.4. Изменения а были полностью обратимыми. Инертные газы
подвергались весьма тщательной очистке, в первую очередь от кислорода,
что контролировалось масс-анализом. Изменение электропроводности полидис-
персного образца ТЮг целиком связано с изменением высоты потенциальных
барьеров в контактах между частицами. При микроскопических размерах
частиц чувствительность к заряжению поверх-
<?/<?"
Рис.8.4. Кинетика изменения величины электропроводности полидисперсного
TiC>2 при адсорбции Хе (1) и Ат (2) при 300К и Р = 10 Па; о0 = Ю"5 Ом-1
[42]
ности была весьма высока. Изменение полного заряда поверхности при
адсорбции,( как мы отмечали, складывается из изменения заряда
адсорбционных состояний AQa и биографических дефектов дQg : A Qs - AQa +
AQg. Скорее всего, наблюдаемое изменение заряда связано с AQg. Молекулы
инертного газа поляризуются в поле поверхности ?мак = 3 • 108 В • см-1,
что приводит к возникновению в моле-
Взаимосвязь электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхности
249
кулах индуцированного дипольного момента. Ввиду высокой диэлектрической
проницаемости рутила, электропроводность которого носит в основном
поляронный характер, образовавшиеся диполи могут изменить параметры
дефектов, превратив их в центры локализации носителей заряда. Указанный
эффект увеличивался с ростом дефектности рутила. Заметим, что точно такое
изменение о при адсорбции Ат, а также некоторых дипольных молекул
наблюдалось на сегнетоэлектриках. Вызванные дипольными полями локальные
доменные перестройки также могут изменить параметры части биографических
ловушек, а следовательно и высоту барьеров между частицами.
Захваченный на поляризованном дефекте носитель заряда по существу можно
рассматривать как локализованный полярон. Такая локализация будет
усиливать взаимодействие молекул инертных газов с поверхностью.
Действительно, теплоты адсорбции Аг на рутиле (~ 15 кДж • моль'1)
существенно выше, чем для других адсорбентов с меньшей диэлектрической
проницаемостью (9 кДж ¦ моль'1). В литературе отмечается (Насс и др.,
1985), что ван-дер-ваальсова адсорбция изменяет диэлектрические параметры
и концентрацию носителей заряда в ОПЗ полупроводника.
8.1.3. Заряжение реальной поверхности полупроводников при адсорбции
доиорных и акцепториых молекул. Обширные экспериментальные исследования
показывают, что адсорбция воды, спиртов, органических кислот, эфиров,
аминов и многих других сходных (по строению концевых групп) молекул
приводит к положительному заряжению поверхности многих полупроводников. К
ним можно отнести монокристаллы Ge, Si, SiC, ряд соединений A11BV1 и AmBv
а также полидисперсные образцы оксидов Zn, Ti, Sn и др., сульфидов и се-
ленидов. В рамках рассмотренных выше теоретических моделей ЭТХ это
объясняется ионизацией адсорбированных молекул, например Н20+, ROH+ и др.
- рис. 8.3,а. Последнее совершенно не реально из-за высокой энергии
ионизации подобных молекул (8-10 эВ) и не подтверждается многочисленными
спектроскопическими данными.
Перейдем от идеализированных моделей к рассмотрению экспериментальных
данных по реальной поверхности, структуру и химический состав которой мы
подробно обсуждали в п.6.1 и 7.3.3. Мы видели, что роль активных центров,
способных к прочному связыванию молекул с поверхностью, играют ЭА, ЭД и
ЯД-центры.
Начнем с адсорбции донорных молекул, центрами локализации которых
являются ЭЛ-центры. В качестве простейшей модели адсорбата выберем воду.
Для получения наиболее полной информации об изменении электрофизических
параметров рассмотрим гидратированную реальную поверхность Ge и Si. На
рис.8.5 представле-
250
Глава S
ны изменения поверхностной проводимости (os), потенциала поверхности (У),
изменения заряда в быстрых поверхностных состояниях (QfS) и максимальной
скорости поверхностной рекомбинации Smax с ростом числа адсорбированных
молекул Н2О па. Для сравнения на этом же рисунке представлены данные для
дифференциальной теплоты адсорбции qj на микрочастицах GeCb, моделирующих
оксидную пленку на Ge.
а, мкмо/а
юоо
м
м
40 60
По, 1013СМ 2 Рис.8.5. Зависимость электрофизических параметров
поверхности германия (а) и дифференциальных теплот адсорбции qd воды на
Ge02 (б) от концентрации адсорбированных молекул па.
1 - максимальная скорость поверхностной рекомбинации Smax; 2 - заряд в
быстрых поверхностных состояниях Qfi, 3 - электропроводность поверхности
Os и 4 - потенциал поверхности Ys Светлые точки - адсорбция, черные -
десорбция [42]
Из рис.8.5 видно, что наибольшие изменения Ys и os происходят в области
заполнений
10'4
см 2, соответствующей
Па - 1013-
наиболее высоким теплотам адсорбции и образованию координационных связей.
Общий заряд поверхности Qs, определяющий ее потенциал У* складывается из
заряда в медленных и быстрых ПЭС, Qs = Qss + Qfs-При этих концентрациях
адсорбированных молекул Qs и Ys в основном определяются зарядом медленных
