Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
вакансии) таковыми не являются. В рамках этого приближения хе-
мосорбированный атом кислорода, находящийся в состоянии "слабой" связи
^поверхностью (валентно-насыщен-ная форма хемосорбции, см. [17, 18], не
является центром адсорбции, в то время как тот же атом кислорода,
''переведенный в состояние "прочной"^ связи (т. е. в ионо-
радикальное"состояние), может быть центром адсорбции, т. е. может
принимать на себя другие атомы пли молекулы.
g ii] КОНЦЕНТРАЦИЯ АДСОРБЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ 53
Многочисленные экспериментальные данные действительно свидетельствуют о
том, что часто в роли адсорбционных центров выступают носители заряда
(электроны и дырки), осевшие на дефектах поверхности. Так, Коном и
Тэйлором [23, 24] было установлено, что на Si02 центрами адсорбции для
водорода являются дырки, локализованные на примесных атомах А1. К такому
же выводу пришли Боресков, Казанский, Мищенко и Парийский [25, 26]. Муха
[27] обнаружил два типа центров на Si02, ответственных за адсорбцию
водорода, дейтерия и метанола, представляющих собой дырки, захваченные
поверхностными дефектами. Согласно Стамьерсу и Туркевичу [28] на
синтетических цеолитах центрами адсорбции для кислорода служат носители
заряда, локализованные на поверхностных примесях. Лунсфорд и Джайн [29]
показали, что на MgO центрами адсорбции для 02 и С02 являются электроны,
локализованные на анионных вакансиях (F-центры). С адсорбцией на F-
центрах имели дело также Бауер и Штауде [30].
f Рассмотрим некоторые свойства таких адсорбционных центров и некоторые
особенности адсорбции на таких центрах [32].
§ 11. Концентрация адсорбционных центров
Будем считать, что поверхность содержит на себе структурные дефекты
одного определенного сорта, поверхностную концентрацию которых мы
обозначим через X* и природу которых мы здесь не будем конкретизировать.
Положим для определенности, что они являются акцепторами, т. е. могут
находиться в электрически нейтральном или отрицательно заряженном
состоянии. Соответствующие поверхностные концентрации обозначим через Х°
и Х~. Положим далее, в соответствии с предыдущим параграфом, что центрами
адсорбции для рассматриваемого газа служат заряженные дефекты, в то время
как дефекты, находящиеся в нейтральном состоянии, этим свойством не
обладают. Иначе говоря, адсорбционными центрами являются электроны,
локализованные на дефектах. Аналогично может быть рассмотрена^модель, в
которой роль адсорбционных центров выполняют дырки, локализованные на
донорных дефектах. Поверхностную
54
АДСОРБЦИЯ НА РЕАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ТТЛ. 4
концентрацию адсорбированных частиц обозначим через N. Очевидно,
X0 + X- + 7V = X*, (11Л)
X- + N = X,
где X - общее число адсорбционных центров (свободные + занятые) на
единице поверхности.
Поставим перед собой задачу определить функции X = X(t) и N = N(t), т. е.
закон изменения со временем числа адсорбционных центров и числа
адсорбированных на них частиц. Для этой цели служат уравнения
dX-ldt = (аД0 - а2Х~) - (ЬхХ- - b2N), dN/dt = ЪуХ~ - b2N. (11.2)
Здесь первый и второй члены в первых скобках выражают число актов
локализации и делокализации электрона, а первый и второй члены во вторых
скобках - число актов адсорбции и десорбции на дефектах за единицу
времени на единице поверхности. Коэффициенты и bt (где ? - 1, 2) в (11.2)
имеют вид
o-i = "Л + Yi ехР [-Ы + v")lkT],
Ьг = PiPexpt- E/кТ),
(11.3)
a2 = a 2ps + v2exp[-(ер - v~)/lcT], b2 = P2 exp [- (q - E)/kT]',
здесь P - давление, E - энергия активации при адсорбции, q - энергия
связи адсорбированной частицы с адсорбционным центром, v~ и v+ -
расстояния от локального уровня акцептора и донора соответственно до
собственного уровня Ферми (см. рис. 1 и 2), ns и ps - концентрации
свободных электронов и дырок в плоскости поверхности. Уравнения (11.2) мы
будем решать в предположении
ns = const, ps = const, (11.4)
что означает, что заряд поверхности предполагается практически
не'изменяющимся^в процессе адсорбции.
§ 11] КОНЦЕНТРАЦИЯ АДСОРБЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ 55
Перепишем уравнения (11.2) иначе, заменяя первое уравнение суммой первого
и второго и учитывая (11.1):
dX/dt = Я]Д° - а2Х~,
dN/dt = - b2N. (11.5)
К этим уравнениям мы вновь вернемся в следующем параграфе. Положим в
(11.5)
dX/dt <С ^jX0, а2Х~.
Это условие означает, что мы предполагаем соблюдающимся электронное
равновесие на поверхности. В этом случае первое из уравнений (11.5) дает
Х~ ai f (V
-гг = - = ехр - -Х° "2 I
е8)
кТ
На основании (11.1) и (11.6) получаем:
X* - N
х-
X =
1+ ехр [(у~ -е3)/А2'] '
X* -f N ехр [(и- - е^/М1]
1 + ехр [(у- - и3)/кт]
(11.6)
(11.7)
Зависимость X от N представлена согласно (11.7) на рис. 7, на котором
принято обозначение
.X
X,
X*
0 1 -f ехр [(и - е^/М1]
(11.8)
Мы видим, что общая концентрация адсорбционных центров (свободные +
занятые) не остается постоянной, а возрастает в процессе адсорбции. По
мере заполнения адсорбционных , , ,
центров адсорбированными _______________ ______
