Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
колебательными модами характерны "двухъямные" потенциалы типа
представленных на рис.8.9. Поверхность как раз является наглядным
примером таких систем. Такие же потенциалы, по-видимому, определяют
захват не только на АПЭС границы раздела, но и на другие группы состояний
межфазной границы, в частности на часть БС, связанных с разорванными
связями Si (Ge) (см. п.6.3.3 и 6.3.4). С такими двухъямными потенциалами
мы сталкивались при рассмотрении активированных электронных переходов из
одноэлектронного в двухэлектронное состояние, а также при переходах на
возбужденные в результате ян-теллеровской перестройки />в-центры на
атомарно-чистых поверхностях. Аналогичные двухъямные потенциалы
привлекаются и для объяснения фотоэлектрических эффектов в классическом
аморфном полупроводнике - гидрогенизированном аморфном кремнии a-Si:H.
Все вышесказанное свидетельствует о важной роли в явлениях захвата
носителей заряда на ПЭС неупорядоченной межфазной границы электрон-
фононных взаимодействий, особенно с колебательными модами адсорбционных
комплексов. В последние годы все эти взаимодействия часто объединяются
термином "вибронные взаимодействия", рассмотрение которых вы-
260
Глава 8
ходит за рамки зонного приближения (адиабатическое приближение). В этом
случае более оправдан язык элементарных возбуждений.
8.2.2. Электроника поверхности и возбуждение адсорбированных молекул.
Остановимся на обратной задаче - рассмотрим, к каким изменениям в
адсорбционной фазе приведет перезарядка АПЭС при возбуждении электронной
подсистемы полупроводника. В стационарных условиях заселенность уровней
акцепторных и донорных АПЭС будет определяться положением квазиуровней
Ферми для электронов и дырок (1.4).
Захват носителей заряда на АПЭС благодаря вибронным взаимодействиям
приведет к дополнительным деформациям всех связей в адсорбционных
комплексах и к колебательному их возбуждению. На деформированных
химических связях комплексов накапливается дополнительная колебательная
энергия, которая может стимулировать развитие разнообразных атомных и
молекулярных поверхностных процессов. Как мы отмечали в п.8.2.1, большие
времена жизни возбужденного комплекса делают реальным протекание таких
процессов. Подтверждает ли эксперимент все высказанные рассуждения? В
настоящее время уверенно можно сказать - да. Хотя и качественно, ряд
экспериментов прямо указывает на возможность трансформации энергии
возбуждения электронной и фонон-ной подсистем поверхностной фазы
полупроводника через виброн-ные взаимодействия в возбуждение ее
молекулярной подсистемы. Рассмотрим несколько типичных примеров таких
превращений, инициированных приложением к полупроводнику электрических
поперечных полей (эффект поля) и его освещением.
1. Адсорбционно-десорбционные процессы.
Рядом исследователей (Ляшенко, Михеева, Романова и др.) было отмечено,
что при воздействии поперечных полей, в зависимости от знака
захватываемых на АПЭС носителей заряда, наблюдается дополнительная
адсорбция или десорбция, т.е. сдвигается адсорбционное равновесие
(электроадсорбция). Так, захват электронов сопровождался дополнительной
полевой десорбцией донорных молекул (НгО и СН3ОН), адсорбированных на
монокристаллах Ge и Si, и дополнительной адсорбцией акцепторных молекул
(Ог). При этом наблюдались изменения поверхностной проводимости as и
работы выхода Фр. В литературе имеется весьма обширный экспериментальный
материал по стимулированию адсорбционных процессов освещением поверхности
в области фундаментального поглощения (hv > Eg) - фотоадсорбция и
фотодесорбция.
Все эти данные согласуются с обсужденным в п.8.1.3 донор-но-акцепторным
механизмом адсорбции и заряжения - рис.8.3,5 и в. Захват электрона на
дипольное состояние, образованное центром
Взаимосвязь электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхности
261
+6. I
типа Д (Н20)Л/ , ведет к уменьшению Si и к ослаблению
ДАС, что стимулирует десорбцию. Захват электрона в случае акцепторной
молекулы упрочняет ДАС и стимулирует дополнительную адсорбцию. При
захвате дырок на АПЭС ситуация изменится на обратную. Однако такая чисто
зарядовая трактовка явлений полевой и фотоадсорбции (десорбции) не в
состоянии объяснить ряд наблюдаемых в эксперименте закономерностей.
Явления фотоадсорбции могут протекать не только благодаря изменению
прочности ДАС, при постоянстве концентрации ЭД и ЭА активных центров
поверхности, но и в результате изменения их концентрации под действием
освещения.
2. Поверхностное дефектообразование и фотоадсорбция.
Еще в 30-х годах Френкель показал, что колебательная энергия,
выделившаяся при захвате свободного электрона решетки на дефект, может
стимулировать его перестройку или рождение нового дефекта. Основываясь на
электронно-колебательном механизме захвата, Емельянов и Кашкаров (1982)
предложили электронно-деформацион-но-тепловую модель поверхностного
дефектообразования при фото-возбуждении полупроводника. Она учитывает
