Эмиссия электронов с поверхности полупроводников, стимулированная электрическим полем и гетерогенной химической реакцией

• Автор: Седов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ГЛАВА 1 ПРОЦЕССЫ НА ГРАНИЦЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И
АКТИВНЫХ ГАЗОВ
1Л Гетерогенные химические реакции на поверхности полупроводников и сопутствующие эффекты
1.2 Структура поверхности полупроводников
1.3 Поверхностные электронные состояния
1.4 Адсорбция и десорбция атомов и молекул
1.5 Гетерогенная рекомбинация атомов
1.6 Аккомодация энергии твердым телом
1.7 Радикалорекомбинационная люминесценция полупроводников
1.8 Автоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводников и
металлов
1.9 Хемоэмиссия электронов
1.10 Распыление твердых тел активными газами в виде ионов и нейтральных частиц
1.11 Методы исследования поверхности и процессов на границе твердых
тел и активных газов
1.12 Постановка задачи
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Образцы
2.3 Методика эксперимента
ГЛАВА 3 ЯВЛЕНИЕ СТИМУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ
ЭМИССИИ ГЕТЕРОГЕННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ,
ПРОТЕКАЮЩЕЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
3.1 Введение
3.2 Стимулирование электронной эмиссии с поверхности твердых тел электрическим полем и гетерогенной химической реакцией
3.3 Автоколебания тока, стимулированного гетерогенной химической реакцией
3.4 Метод изучения структуры поверхностных каталитических центров
3.5 Распыление полупроводников атомарным водородом,
сопутствующее стимулированной эмиссии электронов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность проблемы. Успехи микроэлектроники во многом базируют-
'V?
ся на фундаментальных исследованиях физики поверхности твердого тела. Разнообразные электронные, атомные и молекулярные процессы, разыгрывающиеся на поверхности твердых тел, интересуют специалистов в области конструкционных материалов, оптиков, радиофизиков. Столь же значимы проблемы поверхности и для химии. Поверхностные молекулярные и химические процессы играют основную роль в явлениях гетерогенного катализа, адсорбции, электро-♦ химии и коррозии материалов. Биологи, биофизики, био- и геохимики интенсивно изучают сложные межфазные процессы в мембранах клеток, в пористых органических и неорганических веществах. Различные явления и процессы, протекающие на поверхности твердых тел, служат основой многих высокотехнологичных производств. Большое значение имеют технические аспекты применения поверхностных явлений, особенно в областях электронной и космической техники. Многие полупроводники являются катализаторами химических 4, реакций. Адсорбционные и каталитические свойства поверхности представляют интерес для химической промышленности.
При взаимодействии активных газов с твердыми телами могут возникать различные явления. Эти явления сложны и многообразны, они сопровождаются перераспределением поверхностных химических связей, возникновением поверхностных электронных состояний, изменением поверхностных электронных зон, структурными перестройками. Возникающие при протекании гетерогенных химических реакций процессы адсорбции, десорбции, люминесценции, эмиссии заряженных частиц и нейтралей, стимулированной диффузии примесей в твердом теле несут информацию о химическом составе, структуре и электронном г спектре поверхности, о кинетике и механизме химических превращений и об активной газовой среде.
При протекании гетерогенных химических реакций на границе твердых тел и газов стабилизация молекул промежуточных веществ и продукта обуских модификаций 8102, удалось построить модели гидратированных кластеров на поверхности и хотя бы частично раскрыть природу ее химической неоднородности. В случае А1гОз линии спектра дополнительно уширены за счет ди-поль-квадрупольного взаимодействия протонов с квадрупольными ядерными моментами А1 (1я = 5/2) — рисунок 13, б.
Помимо локальных полей окружающих ядер на резонирующие ядра оказывают существенное влияние магнитные поля электронных оболочек атомов. Вызванные этими полями химические сдвиги ДЕхим ЯМР несут богатую информацию о строении атомных комплексов. В последнее десятилетие разработан эффективный способ сужения линий ЯМР в твердых телах путем вращения образца под определенным углом к направлению поля Но (55°44'08"), названным “магическим”. Используя эту технику, удалось измерить влияние на ДЕхим нарушения стехиометрии по кислороду в пленках 8Ю2 (обогащенных изотопом 8129). Оказалось, что существует линейная связь между ДЕЧИМ, в спектрах ЯМР 8129 и ДЕХИМ для орбиталей 812р в спектрах РФЭС. Последнее является важным аргументом в пользу достоверности обеих используемых методик для анализа состава нестехиометрических поверхностных фаз [6, 76, 77].
Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Поскольку масса электрона на три порядка меньше массы протона, ЭПР наблюдается в частотном диапазоне СВЧ (ГГц)
Е^-рв-Но
где g — фактор спектроскопического расщепления, рв — магнетон Бора. Стандартные промышленные ЭПР-спектрометры работают в т.н. “X” диапазоне частот (9 ГГц или Г=3 см). Дополнительная информация о форме линии может быть получена путем измерений в “К” диапазоне (20 ГГц, 7.=8 мм). ЭПР широко используется для идентификации парамагнитных центров в поверхностных фазах, которыми могут быть разорванные связи атомов твердого тела, радикальные формы хемосорбированных частиц, дефекты, захватившие электроны, примесные атомы переходных элементов с незаполненными б и Б оболочками.