Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
поверхностях тугоплавких металлов величина Еф/ составляет 5-20 % от
энергии теплоты адсорбции. Она всегда меньше, чем для объема твердого
тела. Предэкспо-ненциальный множитель Д) в выражении (8.9) для
поверхности металлов имеет порядок КГ3 см2 с_|.
По сравнению с объемом поверхностная диффузия характеризуется
многообразием форм массопереноса. При низких заполнениях это
беспорядочные движения отдельных частиц. При больших степенях покрытия
диффундирующие атомы могут образовывать ко-роткоживущие димеры, тримеры и
даже кластеры. При высоких энергиях адсорбции эти агрегаты "замерзают" и
диффузия протекает по их поверхности. Возможна и диффузия самих
кластеров. По этой причине константы диффузии Еи Д существенно зависят от
вклада того или иного механизма перемещения частиц. Для таких легких
частиц, как водород и его изотопы, обнаружена независящая от температуры
диффузия, не подчиняющаяся уравнению (8.9). Она связана с туннелированием
легких частиц через поверхностные барьеры.
Рассмотренные в п.5.3.1 эмиссионные методы малопригодны для изучения
поверхностной диффузии на реальных поверхностях из-за высоких энергий
тестирующих частиц, приводящих к изменению свойств поверхности. Поэтому
для оценки диффузионных констант в этих случаях используют традиционный
метод радиоактивных меток или локальных измерений работы выхода Фу.
(111) (100)
Рис.8.19. Диффузия атомов рения на поверхности W (211) при Т= 327К,
зафиксированная с помощью палевого ионного микроскопа. Временной интервал
между последовательными изображениями равен 60 с [10]
Взаимосвязь электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхности
273
До сих пор речь шла в основном о самодиффузии. Для твердого тела,
помешенного в электрическое поле, возникает дополнительная
электродиффузия заряженных частиц в этом поле. В простейшем случае, когда
перенос заряда и массы осуществляется одними и теми же частицами с
зарядом q и концентрацией п, существует взаимосвязь между
электропроводностью о и величиной коэффициента диффузии D, установленная
Нернстом и Эйнштейном:
В случае реальной поверхности это соотношение требует введения
дополнительных поправок, учитывающих распределение локальных
электрических полей на поверхности. В настоящее время для изучения
диффузии стал широко использоваться наноскоп. Получена обширная
информация о миграции ионов щелочных металлов и ионизированных атомов
самой подложки (Si+).
Для электроники поверхности наибольший интерес представляет взаимосвязь
диффузионных процессов перемещения дефектов с электронной подсистемой
полупроводника. В ряде работ наблюдалось уменьшение энергии активации
диффузии дефектов и даже полное ее исчезновение при инжекции в
приповерхностную область полупроводника неравновесных носителей заряда.
Указанное явление получило название рекомбинационно-стимулированной
диффузии (Шейнкман и др., 1978-1980). Она играет важную роль в процессах
лазерного отжига поверхностных дефектов, и широко используется в
современной технологии.
Колебательное возбуждение дефектов при рекомбинации носителей заряда (см.
п. 8.2.2) и последующая их перезарядка могут привести к "атермической"
диффузии дефектов. Возможна регибридизация волновых функций дефектов и их
переход в метастабильное состояние, при этом Ещ будет зависеть от
положения энергетических уровней дефектов по отношению к квазиуровням
Ферми. Огромную роль в диффузионных процессах играют локальные фонон-ные
возбуждения. Согласно современным теоретическим представлениям
(Кимерлинг, 1974; Яссиевич, 1991) энергия, выделившаяся при рекомбинации,
быстро перераспределяется между всеми модами локальных колебаний и затем
медленно уходит в решетку. Этот механизм особенно важен для поверхностных
фаз, богатых ангармо-ничными модами. На заряженной поверхности
полупроводника в поверхностной диффузии могут участвовать не только
адсорбированные частицы, но и продукты их диссоциации, стимулированной
актами захвата и рекомбинации, например, протоны (п. 8.1.4).
(8.10)
274
Глава 8
8.3.4. Особенности неравновесных процессов в поверхностных фазах.
Ярко выраженная взаимосвязь разных типов неоднородностей межфазных границ
полупроводников, присутствие на них долгоживущих колебательно-
возбужденных фрагментов, включающих в себя адсорбционные комплексы,
создает, согласно электронной теории неупорядоченных систем,
благоприятные условия для развития всякого рода неустойчивостей и
стохастических автоколебаний. Одной из неустойчивостей поверхностной фазы
является возникновение в ней на фоне обычных равновесных флуктуаций
(белый шум) коротких
1 мс
адлл'
~ lg /, Гц
Рис.8.20. а. Типичная осциллограмма интермиттансов тока в кремнии. 6.
Спектральная зависимость нормированной плотности токовых фликкер-шумов на
исходных образцах кремния (1, 1') и на тех Же образцах после имплантации
ионов Аг+ с дозой 1013 см"2 (2, 2'), 1014 см"2 (3, 3') в вакууме (1-3) и
после адсорбции паров воды при давлении I03 Па (1'-3') [48]
