Катионная хемосорбция на полупроводниках р-типа

Рис, 6. Схематическое изображение катионной хемосорбции на полупроводнике р-типа, [c.505]

Когда на поверхности полупроводника происходит хемосорбция, то сопровождающие ее изменения электронроводности твердого тела позволяют получить однозначную информацию о типе электронной перегруппировки или о направлении переноса заряда у поверхности. Уменьшение электропроводности у полупроводников р-типа означает перенос электрона от хемосорбированного газа к твердому телу. И только такими изменениями можно объяснить [33, 34] уменьшение поверхностной концентрации дырок в заполненной зоне, происходящее вследствие передачи электронов от адсорбата. Уменьшение электропроводности у полупроводников п-тина в результате хемосорбции означает переход электрона из зоны проводимости полупроводника к адсорбированному веществу. Следует отметить, что, хотя направления переноса заряда в этих двух процессах противоположные, каждый из них сопровождается истощением запаса носителей тока в полупроводнике. Поэтому оба процесса служат примером деплетивной хемосорбции. Адсорбция на полупроводнике р-типа приводит к образованию катионного слоя, а адсорбция иа полупроводнике и-типа — анионного слоя. Обратный процесс, а именно кумулятивная адсорбция, определяемая по возрастанию проводимости, происходящему в результате хемосорбции на полупроводниках р- и п-типов, означает, что при этом происходит увеличение поверхностной концентрации носителей тока. Ясно, что кумулятивная адсорбция ведет к анионной хемосорбции на полупроводниках р-типа и к катионной хемосорбции на полупроводниках г-типа. [c.225]

Для катионной хемосорбции на полупроводниках р-типа энергия хемосорбции первого адсорбированного атома равна (ср — I) е, где / — ионизационный потенциал адсорбата. По мере протекания хемосорбции уровень Ферми в твердом теле будет постепенно повышаться и в состоянии равновесия он равен потенциальной энергии электронов в адсорбате. Потенциальный барьер, возникающий в процессе приближения к равновесию, при Nf адсорбированных атомах опять оказывается равным Vf, а поверхностный слой полупроводника будет обеднен носителями тока на глубину I (рис. 18, б). [c.227]

Б. Катионная хемосорбция на полупроводниках р-типа [c.412]

Согласно обычному представлению, при катионной хемосорбции на полупроводниках р-типа электрон переходит от инородного атома на примесный уровень твердого тела. Инородный атом превращается в катион, а в твердом теле образуется обедненный слой. Это имеет место в областях АУ1 и (рис. 7) при условии, что уровень ) лежит выще примесных уровней. В этом случае уровень АШ свободен и водородоподобный инородный атом существует на поверхности в виде катиона. [c.412]

Г. Катионная хемосорбция на полупроводниках и-типа [c.413]

Почти все окислы, активные в окислительном катализе, являются полупроводниками, содержащими металлы переменной валентности. Хемосорбция газов на этих окислах рассмотрена в разд. 3 гл. УГ Здесь же следует напомнить, что изменения электропроводности во время адсорбции указывают на переход электронов от окисла к адсорбируемой частице или наоборот. Разложение закиси азота на этих катализаторах можно рассматривать как реакцию, обратную окислению она дает интересные данные о механизме катализа этими окислами. Стоун [124] построил ряд активности , показывающий температуру, при которой это разложение на различных катализаторах впервые становится заметным (рис. 74). Наблюдается четкое разделение на три группы окислы р-типа наиболее активны, окислы-изоляторы располагаются в средней области и полупроводники п-типа наименее активны. Более того, добавка катиона низшей валентности повышает активность типичного окисла р-типа параллельно с повышением его электропроводности, тогда как добавка окислов с катионами более высокой валентности дает прямо противоположный эффект. Так, добавка небольших коли- [c.320]

В случае ионного кристалла имеются некоторые интересные возможности. Большая часть возмущения, вносимого свободной поверхностью, связана с изменением электростатического окружения иона при переходе из внутренней части кристалла к поверхности. Если нормально заполненная валентная зона ассоциируется с анионами (как в случае галогенидов щелочных металлов и некоторых окисных полупроводников п-типа), то возмущение поверхности действует в направлении создания зоны поверхностных состояний с центром, лежащим над центром нормальной анионной зоны. Эта анионная поверхностная зона обычно оказывается совершенно заполненной. И наоборот, для нормально свободной катионной зоны (зона проводимости) возмущение поверхности действует в направлении создания поверхностной катионной зоны с центром, лежащим ниже обычной катионной зоны. Таким образом, поверхностная электронная структура характеризуется меньшим промежутком между заполненной и вакантной зонами, чем объемная структура. Следовательно, возможно появление собственной поверхностной полупроводниковой электропроводности или, если поверхностные анионная и катионная зоны перекрывают друг друга, то даже металлической поверхностной проводимости. Соответственно этому, гомеополярная связь должна быть более важна в поверхностной области. Очевидно, что эффекты такого рода важно учитывать в теории хемосорбции заметим, однако, что подобная простая картина анионной и катионной зон не подходит для окислов переходных металлов. [c.386]

Обратный случай, когда при хемосорбции проводимость увеличивается, показывает, что на поверхности полупроводника возрастает число носителей тока. Этот тип хемосорбции, к которому относится анионная хемосорбция на р-проводнике и катионная хемосорбция на п-проводнике называют кумулятивной хемосорб- [c.504]

Кумулятивная хемосорбция. К этому типу хемосорбции относятся катионная хемосорбция на полупроводнике п-типа и анионная хемосорбция на полупроводнике р-типа. В обоих случаях полупроводник обогаптается носителями тока, вследствие чего проводимость увеличивается. Электроны могут теперь или переходить [c.508]

Внедрение. В особых случаях большое значение может иметь объемный заряд того типа, который описан Моттом и Кабрера [70]. Если, например, рассматриваемый газ поглощается на полупроводнике в результате образования катионных вакансий или, что менее вероятно, путем образования анионов в междуузлиях, то в граничном слое произойдет накопление заряда одного знака, обусловленное различием в концентрациях катионных вакансий и положительных дырок, а это будет способствовать внедрению газа в полупроводник. С этой точки зрения Гарнер, Стоун и Тили [76] рассмотрели хемосорбцию кислорода на закиси меди. Хотя ионы Си"" в закиси меди при 20° обычно не обладают подвижностью, но поскольку образующийся объемный заряд способствует возникновению катионных вакансий на поверхности раздела, то после хемосорбции кислорода происходит внедрение последнего. Поэтому при 20° С кислорода поглощается значительно больше, чем соответствует образованию монослоя. Кроме того, внедрение кислорода, следующее за хемосорбцией, приводит к тому, что только часть [c.509]

Тот факт, что процессы обмена со слоем играют роль как при хемосорбции, так и при десорбции газов — в особенности на полупроводниковых твердых веществах типа окислов и сульфидов, — известен уже давно по изменению проводимости таких полупроводников в атмосфере различных газов. С точки зрения электронных дефектов можно подразделить полупроводниковые катализаторы на катализаторы п-типа и р-типа, за исключением собственных полупроводников (р-/г-проводимость). Катализатор п-типа характеризуется наличием свободных электронов е, т. е. электронов в зоне проводимости, и присутствием, по закону электрической нейтральности, в эквивалентной концентрации анионных вакансий или металлических ионов в междоузлиях. Катализатор р-типа характеризуется соответствепио наличием недостатка электронов , т. е. дырок в валентной зоне, с эквивалентной концентрацией незанятых катионных узлов. За исключением случаев жестких соотношений при реакции (как, например, для Нг на NiO), в случае катализаторов п- типа будет происходить обмен электронами только между зоной проводимости и соответствующей молекулой, а в случае катализаторов р-типа — обмен электронами только между валентной зоной и находящимся на поверхности газом. При этом характерный для каждого полупроводника п- или р-типа обменный уровень вещества слоя является потенциалом Ферми или, иначе говоря, электрохимическим потенциалом т]- или т]+ свободных электронов или дырок соответственно. Как показано ниже на примере простой реакции, появление в зоне и уход или эмиссия электронов из валентной зоны или зоны проводимости катализатора, так же как невозможность электронного обмена, определяется абсолютным значением т] и и энергетического уровня попадающей на поверхность или находящейся на ней молекулы газа. В настоящем изложении мы вначале пренебрежем электрическим диффузионным потенциалом, всегда появляющимся вблизи поверхности в результате возникновения объемных зарядов. Влияние диффузионного потенциала Vd, зачастую определяющего течение реакции, будет обсуждено в заключение, исходя из известного соотношения г] + = j V, где J.I — химический потенциал в электрон-вольтах, а К — электрический потенциал. [c.219]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология