Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Взаимосвязь электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхности
253
что, во всяком случае, основная часть этих состояний имеет адсорбционное
происхождение (АПЭС). Захват носителей заряда на АПЭС приводит к
упрочнению ДАС. В этом смысле заряженные АПЭС, по терминологии
электронной теории хемосорбции, соответствуют заряженной прочной форме
хемосорбции. С точки зрения электрофизических проявлений различия между
моделями ЭТХ (а) и донорно-акцепторной моделью (б,в) на рис.8.3 чисто
количественные. И в том и другом случае, согласно феноменологической
теории заряжения, макроскопическое интегральное поле локализованных на
АПЭС зарядов ?мак = ?5 считается адекватным полю конденсатора в эффекте
поля. Существенные различия в рассмотренных моделях возникают при
рассмотрении реакционной способности адсорбированных частиц.
8.1.4. Взаимодействие адсорбированных молекул с быстрыми и
рекомбинационными состояниями. Уже давно известно, что ад-сорбционно-
десорбционные процессы оказывают значительное влияние на захват носителей
заряда быстрыми состояниями (БС) и на эффективную скорость поверхностной
рекомбинации. Это часто объяснялось непосредственным воздействием
собственных дипольных моментов ц адсорбированных молекул на параметры
дефектов, составляющих основу этих состояний (п.6.3.4).
Однако экспериментальная проверка такой "дипольной" модели обычно
проводилась в условиях невысокого вакуума (= 1(Г4-1(Г3 Па).
Первые подробные исследования влияния адсорбции на ПЭС в вакууме = КГ7 Па
привели к новым неожиданным результатам, заставившим пересмотреть
дипольную модель.
В качестве адсорбатов в этих работах использовались донорные дипольные
молекулы Н2О (ц ? 1,8D), NH3 (1,5D), пиридин Ру (2,2D), ацетон Ac (2,8D)
и ацетилацетон Аса (2,8D), которые образуют ДАС с реальными поверхностями
Ge и Si, заряжая их положительно. Рассмотрим для примера адсорбцию
молекул Н2О и NH3 - рис.8.8. Из этого рисунка следует:
1. Адсорбция вплоть до заполнений = 10й см-2 вообще не изме-
04 100 4
3
of
о
^ 100 А
О) 60
§
2
0
-2
2
а
. б 1 1 1 ч 1 1 1 I 1
в 1st иУ\ \ 1 t
•/ Па, СМ'2 1 1 1 1 1 1 1 1
-6
Рис.8.8. Зависимость максимальной скорости поверхностной рекомбинации B
германии (а), заряда в быстрых поверхностных состояниях Q/s (б) и
поверхностного потенциала Уу от концентрации адсорбированных молекул па
воды (1) и аммиака (2) [42]
254
Глава 8
няет заряд быстрых состояний Qfs и максимальную скорость поверхностной
рекомбинации Smax.
. г. , 2. В. отличие от этих параметров, потенциал поверхности Y$
начинаеттрасти после первых напусков паров адсорбата. Одновременно,
{возрастает заряд в медленных АПЭС и появляется медленная релаксация в
эффекте поля.
к ' ЗПрибольших заполнениях, na> 1011 см'2 только адсорбция Н^О приводит
к нейтрализации БС и PC - падению Q/s и Smax. •row ) 4:иАдсорбция
дипольных молекул аммиака не влияет на Qfs и Smax даже при высоких
заполнениях. Адсорбция тщательно очищенных от примесей воды полярных
молекул Ру и Ас практически также не изменяет указанных параметров.
Недостаточная очистка от воды '.неизменно сопровождается появлением
эффекта нейтрализации, молекулы. Аса также нейтрализовали PC.
Все эти результаты указывают на отсутствие прямых контактов
адсорбированных молекул с центрами БС и PC на межфазной границе Ge-
jGeOj:,'Действительно, на самых ранних стадиях адсорбции, когда
заполняются самые активные центры (ЭД-центры) и возникают дипольные АПЭС,
эффект нейтрализации БС и PC отсутствует. При больших заполнениях только
молекулы НгО и Аса нейтрализуют эти состояния. Адсорбция всех остальных
молекул с таким же и большим дипольным моментом не влияет на быстрый
захват и рекомбинацию. Все это не подтверждает дипольную модель
нейтрализации.
Для объяснения всех этих данных был предложен протонный механизм
нейтрализации БС и PC. При захвате дырок на медленные АПЭС, в основе
которых лежат донорно-акцепторные комплексы, происходит ослабление
валентных связей в адсорбированных молекулах, в случае Н2О их
протонизация [(НгО)*]*8. В области заполнений па> 10п см'2 (рис.8.8) на
поверхности начинают образовываться грозди адсорбированных молекул, в
центрах которых находятся молекулы (НгО)* - рис.7.12. Благодаря высокой
диэлектрической проницаемости воды в гроздях возможна гетеролитическая
диссоциация части молекул (НгО)* <-" Н+ + ОН". Ион ОН рекомбинирует с
захваченными дырками: ОН" + р -" ОН", ОН* + ОН* -" НзОг- Протоны, как
самые малые частицы, проникают через окна ажурной структуры GeC>2 (БЮг) в
межфазную дефектную область и взаимодействую^ с БС и PC. В случае Аса
протоны образуются при формировании хелатных связей этих молекул с
гидратированными атомами Ge (Si). Протоны захватывают электрон Н+ + п -"
Н*, превращаясь в весьма реакционноспособный атом.
Как следует из п.п. 6.3.3 и 6.3.4, основу части БС и PC составляют
разорванные связи типа ?Si* (р*-центры) и ^Si-O'-центры.
Взаимосвязь электронных, атомных и молекулярных процессов на поверхности
