Эмиссия горячих электронов через межфазные границы металл-полупроводник и полупроводник-газ

• Автор: Хорошилова, Маргарита Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ГЛАВА 1 АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.1 Поверхностные электронные состояния

1.2 Гетерогенные химические реакции на поверхности твердых тел

1.3 Адсорбция и десорбция атомов и молекул

1.4 Гетерогенная рекомбинация атомов

1.5 Методы исследования поверхности и процессов на границе твердых тел и активных газов

1.6 Горячие электроны в металлах и полупроводниках

1.7 Аккомодация энергии атомных частиц тепловых энергий твердым телом

1.8. Хемоэмиссия электронов с поверхности твердых тел в газовую среду

1.9 Неравновесная хемопроводимость полупроводников

1.10. Ограничение тока пространственным зарядом в полупроводниках

1.11. Эффект Шотки для систем твердое тело-газ и металл-полупроводник
1.12. Постановка задачи
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Образцы
2.3 Методика эксперимента
2.4 Погрешности и статистическая обработка результатов измерений

ГЛАВА З ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА В
ХОДЕ ГЕТЕРОГЕННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ЭФФЕКТЫ
ЗЛ. Введение
3.2. Явление увеличения тока стимулированной электрическим полем эмиссии электронов вследствие электронного возбуждения катода в результате гетерогенного химического процесса
3.3. Хемоэмиссия горячих электронов из металла в полупроводник
3.4. Зависимость тока эмиссии горячих электронов из металла в полупроводник от времени выдержки образцов в среде атомарного водорода
3.5. Распыление золота атомарным водородом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время конструирование новых материалов для микроэлектронной промышленности требует качественного понимания гетерогенных процессов, происходящих на так называемом «наноуровне»; к ним относятся рост нанотрубок, наночастиц и кристаллов, эпитаксия, катализ, плазменная обработка материалов и т.д. Перечисленные процессы служат основой современных наукоемких производств, но механизмы их протекания во многом остаются гипотетическими.
Переход от микро- к наноразмерным элементам электронной техники приводит к увеличению потребности в объективной информации о процессах, протекающих на границе твердых тел и активных газов. Данная информация имеет прямое отношение к физико-химическим основам производства и работы новейших электронных приборов, к таким их характеристикам, как точность, бесперебойность, долговечность. Повышенный интерес к исследованиям чистых поверхностей, пленок, наноструктур объясняется нуждами химической, космической, микроэлектронной промышленности.
Физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии поверхности твердых тел с молекулами и радикалами активной газовой смеси, сложны и многообразны. Влияние на них внешних факторов, состояния поверхности и природа самих процессов в полной мере еще не раскрыты.
Явления адсорбции, десорбции, эмиссии электронов, распыления поверхности при протекании гетерогенной химической реакции сопровождаются активным энергообменом между кристаллической решеткой и электронами твердого тела с одной стороны и частицами газовой смеси с другой. Процессы энергообмена на границе твердых тел и газов играют важную роль в гетерогенных явлениях. Если рассеяние выделяющейся на границе твердое тело - газ энергии затруднено, возможны процессы деградации и распыления кристаллов.
При столкновении атома или молекулы газа с поверхностью твердого тела в результате образования или переключения химических связей выделяется энергия порядка 1эВ. Релаксация возбужденных химических связей на поверхности обу-

Влияние поля на эмиссию электронов из полупроводников более сложно. Электрическое поле проникает в них на большую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмитированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка экранирования. Кроме того внешнее электрическое поле, проникая в полупроводник, вызывает в нем перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния. При достаточной их плотности (~1013 см'2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно быстро) эффект Шоттки, такой же как в металлах. Шоттки эффект имеет место и при протекании тока через контакт металл-полупроводник [69, 84-87].
1.12. Постановка задачи
Процессы энергообмена при взаимодействии активных газов с твердыми телами включают в себя электронное и фононное возбуждение твердых тел. Их изучение актуально для многих областей современной науки и техники, поскольку сопутствующие такому взаимодействию явления (люминесценция, эмиссия заряженных частиц и нейтралей, неравновесная проводимость) могут найти технические приложения (новые источники энергии, производство качественных материалов для электронной техники, получение надежной информации в области нанотехнологий, разработка катализаторов и т.п.). Для понимания этих процессов необходимо получать дополнительную информацию о природе адсорбционных центров и электронных ловушек, о влиянии адсорбции на электронные уровни и т.д.
Исследования в нестационарных условиях показали, что частицы активного газа могут захватываться поверхностью твердого тела в короткоживущее состояние физической адсорбции. При перемещении адсорбированной частицы вдоль поверхности в поисках энергетически наиболее выгодного места, возни-