Полупроводники работа выхода электрона

Рис. 51. Контакт полупроводника и металла при условии, что величины работы выхода электронов из них имеют близкие значения а — начальный потенциальный барьер 6 — распределение контактной разности потенциалов между соприкасающимися телами в — результирующий потенциальный барьер.

Если полупроводник п типа находится в контакте с металлом, у которого работа выхода электронов значительно меньше, чем у полупроводника, то в полупроводник переходит часть электронов металла. Поскольку по условию концентрация свободных электронов в объеме полупроводника достаточно велика, то их термодинамическая концентрация на контактной поверхности может приблизиться к единице. Для того чтобы оценить реальность сделанного предполол<ения, следует вычислить необходимый для этого скачок электростатического потенциала в слое пространственного заряда полупроводника, а затем сравнить величину полученного скачка с величиной контактной разности потенциалов между рассматриваемыми телами. Если при этом окажется, что скачок электростатического потенциала меньше контактной разности потенциалов, то сделанное выше предположение должно оправдаться. [c.179]

Положение атомов примеси в кристалле может быть различным. В одних случаях такой атом (или ион) заменяет в одном из узлов решетки атом (или ион) основного вещества примеси замещения)-, в других — атомы (или ионы) примеси размещаются между,узлами решетки примеси внедрения). К примесям причисляют также атомы или ионы одного из элементов, содержащихся в данном соединении, при избыточном содержании их по сравнению со стехиометрическим составом. Следует заметить, что энергия, необходимая для отделения электрона от атомов примесей в кристалле (в среде с высокой диэлектрической постоянной), нередко бывает в десятки раз меньше, чем потенциал ионизации этих атомов в свободном состоянии. Для характеристики полупроводников пользуются также величиной Е — работой выхода электрона (см. 50). [c.147]

В настоящей монографии предпринята попытка связать ряд свойств твердого тела (тип проводимости, ширину запрещенной зоны полупроводника, работу выхода электрона, заряд и радиус ионов, электроотрицательность атомов, кислотно-основные свойства поверхности, параметр и тип решетки) с его каталитической активностью для выявления закономерностей подбора катализаторов. Обсуждаются главным образом проблемы подбора однокомпонентных неметаллических катализаторов . Вопросы избирательности катализаторов не рассматриваются. Обзор ограничен, в основном, рамками гетерогенного катализа. В тех случаях, когда механизм реакции, но существующим представлениям, одинаков в гомогенной и гетерогенной средах, затрагивается также и подбор гомогенных катализаторов. [c.3]

Из рассмотрения этих примеров вытекает, что электронная теория предвидит ряд возможностей, связанных с изменением активности катализаторов, и способна объяснить некоторые факты, известные из каталитического опыта. Преимущество этого пути состоит в том, что здесь с единой точки зрения можно рассматривать гетерогенный каталитический процесс и такие физические явления, как электропроводность полупроводников, работу выхода электрона, магнитные свойства кристаллов. Тем самым предсказывается и дается обоснование корреляциям, найденным между изменением каталитических и ряда физических свойств кристалла. Рассмотрение относящегося сюда материала можно найти в обзорной работе [92]. Трудность этого направления обусловлена тем, что эти связи далеко не всегда являются однозначными. Можно указать на несколько причин такой неоднозначности. Во-первых, хемосорбция и катализ могут не быть связанными с теми электронами и дырками , которые определяют значения физических свойств полупроводников — их электропроводности, работы выхода и т. п. Во-вторых, даже в благоприятном для электронной теории случае, когда элементарные акты катализа или хемосорбции связаны со свойст- [c.147]

Рассмотрим теперь контакт полупроводника р типа с металлом, у которого работа выхода электронов фэ также значительно [c.180]

Но нужно учитывать, что активность полупроводников зависит не только от полупроводниковых свойств работы выхода, положения уровня Ферми, но и от энергии взаимодействия сорбируемой частицы с поверхностью. Эта энергия, включающая как кулонов-ские, так и обменные составляющие, зависит от электронной структуры катализатора и сорбируемой частицы и не может быть определена в рамках рассматриваемой теории. Если изменения этой энергии настолько малы, что ими можно пренебречь по сравнению с работой выхода электрона, например при введении очень малых концентраций добавок, сильно влияющих на положение уровня Ферми, зонная теория позволяет предвидеть изменение каталитических свойств. Положение уровня Ферми определяет активность катализатора, если энергетический спектр поверхности задан и ос- [c.166]

В окислительно-восстановительных реакциях важная роль принадлежит некоторым катализаторам, являющимся полупроводниками ( 55 ), причем между их каталитическим действием и электронно-физическими свойствами (энергетическими уровнями и работой выхода электрона) существует связь. Так, С. Я. Пшежецкий и И. А. Мясников показали, что существует отчетливая связь между электропроводностью окиси цинка и ее каталитической активностью в реакции дегидрогенизации изопропилового спирта с образованием ацетона. Это наблюдается и между каталитической активностью и температурой, и при сопоставлении результатов, полученных в атмосфере чистого азота, с результатами, получаемыми при добавлении к азоту 0,4% кислорода, сильно снижающего и электропроводность, и каталитическую активность окиси цинка в данном процессе. [c.498]

Существуют факты, которые указывают на важную роль свободных и слабо связанных электронов катализатора в каталитической реакции. К их числу можно отнести высокие каталитические свойства переходных металлов, обладающих незавершённой -оболочкой и возможностью перехода электронов в другую электронную оболочку каталитическую активность полупроводников, электроны которых могут осуществлять переходы между уровнями заполненной и свободной зоны и уровнями примесей наблюдающийся в некоторых случаях параллелизм между каталитическими свойствами и такими свойствами веществ, как электрическая проводимость и работа выхода электрона и т. п. Влияние работы выхода электрона на каталитическую активность иллюстрирует разложение пероксида водорода на меди или никеле. Одна из стадий этой реакции состоит в диссоциации молекулы пероксида водорода [c.360]

Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является контакт двух полупроводников с различной работой выхода электронов. При этом возможно использование одинаковых или различных по своей химической природе полупроводниковых материалов. Ниже мы рассматриваем только первый из указанных случаев. [c.171]

На границе раздела полупроводника или металла с раствором может устанавливаться либо ионное, либо электронное равновесие. В обоих случаях контактная разность потенциалов может быть выражена через соответствующую разность работ выхода электронов. [c.203]

При работе полупроводникового прибора даже в атмосфере весьма сухого воздуха возможны обратимые изменения его параметров. Эти изменения связаны с происходящими в окисной пленке процессами адсорбции—десорбции молекул кислорода. Указанные процессы имеют место при изменениях либо температуры, либо работы выхода электронов из кристалла полупроводника. Концентрация адсорбированных в окисной пленке молекул кислорода Со, определяется обычным выражением [c.217]

Работа выхода электронов из полупроводника ф определяется концентрациями носителей заряда [см. формулу (29)) и может быть изменена либо за счет освещения кристалла, либо инжек-цией через р — п п — р) переход. Отсюда следует, что концентрация адсорбированных в окисной пленке молекул кислорода зависит от электрических режимов (например, от плотности протекающего через р — п переход тока), в которых работает полупроводниковый прибор. Время установления равновесия между поверхностью кристалла и окружающей атмосферой составляет при комнатной температуре от двух часов до двух суток. Поэтому после резкого изменения электрического режима, например, после включения полупроводникового прибора, происходит сравнительно медленное (2—48 час.) изменение его параметров, связанное с процессами адсорбции или десорбции кислорода. Такое явление получило название тренировки и типично для некоторых кремниевых приборов. Из сказанного выше ясно, что изменение параметров прибора, происходящее при тренировке, носит временный характер и при возвращении к исходному режиму постепенно исчезает. [c.218]

В гл. I, 24 мы познакомились с сорбцией и, в частности, с адсорбцией, с их ролью в гетерогенном катализе. Поверхностные явления, в частности адсорбция, играют большую роль в самых различных областях техники. Для нас важно знать, что адсорбция изменяет не только поверхностные, но и объемные свойства полупроводниковых материалов, влияет на работу выхода электронов с поверхности твердых тел. С адсорбцией и десорбцией приходится сталкиваться в процессах химического и электрохимического травления и полирования полупроводников и металлов, при очистке поверхности твердых тел от загрязнений и т. д. Адсорбция и связанные с ней изменения поверхностного натяжения и разности потенциалов на границе раздела фаз играют громадную роль в коллоидной химии и электрохимии. Адсорбция используется для очистки газов и жидкостей, для удаления остатка газов из вакуумных приборов, для поглощения ОВ (в противогазах), для извлечения ценных веществ из растворов и газов и из отходов различных производств с целью рекуперации, для разделения и анализа смесей (хроматография) и т. д. [c.168]

Работа выхода и фотоэффект. Работой выхода электрона называется минимальная энергия, которую необходимо затратить для извлечения электрона с поверхности металла или полупроводника в вакуум. Измеряется она в электрон-вольтах, как и энергия ионизации атомов. Как правило, работа выхода электронов из металла меньше энергии ионизации атомов того же металла (табл. 21). Эта величина является [c.270]

Работа выхода и фотоэффект. Работой выхода электрона называется минимальная энергия, которую необходимо затратить для извлечения электрона с поверхности металла или полупроводника в вакуум. Измеряется она в электрон-вольтах, как и энергия ионизации атомов. Как правило, работа выхода электронов из металла меньше энергии ионизации атомов того же металла (табл. 21). Эта величина является важной характеристикой материалов, используе.мых для изготовления фотокатодов и катодов электронных ламп (термоэмиссионных катодов). Благодаря низкому потенциалу ионизации атомов щелочных металлов и малой работе выхода они легко теряют электроны даже при простом освещении. [c.335]

Катализаторы-полупроводники. Согласно электронной теории Г. к., каталитич. активность полупроводников связа на с объемной концентрацией носителей тока (электронов и дырок). Адсорбция частицы на пов-сти полупроводника приводит к образованию дополнит, (примесного) энергетич. уровня в запрещенной зоне. Переход электрона или дырки на этот уровень изменяет их объемную концентрацию и св-ва пов-сти (напр., работу выхода электрона), на к-рой возникают заряженные центры, участвующие в каталитич. превращении. Можно представить, напр., что дегидрирование изопропилового спирта происходит по механизму [c.539]

Электронные уровни в металлах, заполненные электронами и свободные, расположены непосредственно друг за другом (рис. 48,а). Заштрихованная косой штриховкой полоса —энергетические уро>вни, занятые электронами (валентная зона), выше идет зона проводимости — свободные уровни (прямая штрихОвка). Дф — работа выхода электрона из металла в окружаюш,ее пространство. Для перехода электронов в зону проводимости не требуется преодоления энергии. В полупроводниках (рис. 48,6) для перехода из заполненной в свободную зону, т. е. для начала проводимости, требуется преодоление энергетического барьера и энергии активации электропроводности . Связано это с тем, что в металлах электроны обобществлены, могут переходить от одного атома к другому, в полупроводниках же переход электрона связан с изменением валентного состояния иона или атома. [c.228]

Диодные и транзисторные датчики. Принцип действия этой группы полупроводниковых газочувствительных элементов основан на зависимости от состава окружающей атмосферы либо проводимости канала, либо работы выхода электрона из полупроводника, изменяющихся в процессе реакции, протекающей на поверхности датчика. [c.78]

Современные представления физики твердого тела позволяют разграничить катализаторы но их электронным свойствам. На рис. 4 показана схема электронных уровней металла. Нижняя часть сплошного энергетического спектра занята электронами. Над этой полосой занятых энергетических уровней расположена вплотную (без разрыва) зона свободных уровней, расстояние ф представляет энергию, требующуюся для удаления электрона из объема твердого тела, т. е. работу выхода электрона из металла. На рис. 5 представлена электронная схема полупроводника. Заполненная зона занята электронами, а на расстоянии А от нее расположена свободная зона (зона проводимости), в которой нет ни одного электрона. Для появления их в свободной зоне электроны из заполненной зоны должны приобрести дополнительную энергию А Е. [c.19]

На основании изотопных данных и результатов измерений работы выхода электронов ири адсорбции кислорода можно считать, что иа поверхности полупроводников существуют отрицательно заряженные молекулярные и атомарные ионы кислорода. Соотношение между этими формами зависит от температуры и химических свойств твердого тела. [c.93]

Исследование работы выхода электронов п изменения электропроводности при адсорбции кислорода показывает, что на всех окисных катализаторах — полупроводниках молекула или атом кислорода заряжаются отрицательно. [c.96]

Наиболее правильно положение уровня Ферми характеризует величина работы выхода электронов. Кроме того, в ряде теоретических работ [269] было показано, что для любого химического процесса, протекающего па поверхности полупроводника через заряженные переходные комплексы, наблюдаемая энергия активации Е содержит в виде слагаемого энергию заряжения поверхности относительно объема . [c.188]

Характерной чертой окисления углеводородов на полупроводниках СнгО и УгОб и на металлическом А является возможность подавления реакции полного окисления путем увеличения работы выхода электрона. Такую связь скорости реакции образования СО2 и Аф, вероятно, можно объяснить близостью механизмов этой реакции иа различных катализаторах. По-видимому, большую роль в образовании СОг играют цепные процессы па поверхности. [c.214]

Вследствие искривления зон уровень Ферми на поверхности полупроводника оказывается сдвинутым по сравнению с положением его в объеме на величину Ае. Такое изменение сопровождается изменением концентрации свободных электронов и дырок и вызывает изменение электропроводности Да (чем больше Ле, тем больше Аа). Изменение работы выхода электрона равно Лф = —Ае (если пренебречь влиянием дипольного момента у нейтральной молекулы). Работа выхода электрона изменяется в зависимости от степени заполнения поверхности адсорбированными молекулами газа. Увеличение работы выхода наблюдается при адсорбции электроноакцепторных, а уменьшение — при адсорбции электроно-донорных молекул на поверхности полупроводника. [c.67]

Введение посторонних ионов можно экспериментально контролировать, измеряя электронные свойства, которые являются функциями уровня Ферми (электропроводность, работа выхода электрона, термоэлектродвижущая сила). По результатам этих измерений можно судить и о характере взаимодействия адсорбат— адсорбент. Например, в простых случаях хемосорбция кислорода уменьшает электропроводность полупроводника п-типа вследствие притяжения его элементов, но увеличивает электропроводность полупроводника р-типа. [c.105]

Корреляция каталитической активности окисных катализаторов-полупроводников с такими их характеристиками, как работа выхода электрона и ширина запрещенной зоны установлена также для ряда других реакций изотопного обмена [c.30]

При большой разнице в работах выхода электронов нз полупроводника и металла контактная поверхность полупроводника приобретает металлические свойства. На границе раздела образуется при этом потенциальный барьер простейшей формы, вольт-амперная характеристика которого совпадает с вольт-ам-перной характеристикой п— р—р ) или р—п п—р) переходов. [c.184]

Когда разница в работах выхода электронов невелика, на границе раздела полупроводник — металл возникает потенциальный барьер сложной формы, состоящий из двух последовательно расположенных барьеров. Вольт-амперная характеристика такого контакта является сверхнелинейной и может не иметь токов насыщения. [c.184]

Н. Д. Зелинским) о совместном воздействии физ. и хим. св-в пов-стн катализатора иа Превращаемые молекулы. Еще в сер. 19 в. А. И. Ходневым было выдвинуто представление об образовании промежут. поверхностных соед., роль к-рых наиб, последовательно рассмотрена в кон. 19-иач. 20 вв. П. Сабатье. Важную роль в развития теоретич. представлений сыграло Выйвинутое Г. Тейлорйм в 1925-26 предположение, связывающее каталитич. активность твердых тел с расположением атомов ha их пов-сти и наличием активных центров. Мультиплетная теория Г.к. (A.A. Баландин, первые публикации 1929) придает решающее значение соответствию расстояний между атомами молекул реагентов и параметров кристаллич. структуры катализатора (металла). В дальнейшем теория дополнена представлением о необходимости определенного соответствия энергий связей, разрывающихся и образующихся в результате р-ции, н энергий связи реагентов с катализатором при промежут. взаимодействии. Каталитич. действие полупроводников объясняли на основе электронной теории, согласно к-рой взаимод. реагентов с катализатором осуществляется при участии электронов проводимости и потому завнсит от расположения энергетич. зон и локальных уровней, концентрации носителей тока, работы выхода электрона и т.п. Широкое распространение получило предположейие, согласно к-рому особыми активными местами иа пов-сти твердых катализаторов являются кристаллографич. ребра и углы, а также выходы иа пов-сть дислокаций, т.е. нарушения кристаллич. Структуры. Для нанесенных катализато ров были развиты представления об особых св-вах отдельно расположенных, локализованных на пов-сти атомов или совокупностей атомов - ансамблей (теория активных ансамблей Н.И. Кобозева, 1939). [c.542]

Величина ф — работа выхода электрона из полупроводника. Как показал Болькенштейн 171 ], свободный электрон или дырка решетки полупроводника может выполнять функцию центров адсорбции и катализа. [c.20]

Для окислов п.-типа (VaOs, ZnO) концентрация свободных электронов в приповерхностном слое будет уменьшаться вследствие перехода электрона от твердого тела к хемосорбированной молекуле. Для окислов р-типа (NiO, СнгО) концентрация дырок в слоях, расположенных вблизи поверхности, будет возрастать при хемосорбции акцепторных молекул. Направление перехода электрона зависит от положения уровня Ферми в кристалле и энергетического уровня хемосорбированной молекулы. Положение уровня Ферми определяет концентрацию дырочного и электронного газа на поверхности. При хемосорбции, когда электрон или дырка из твердого тела переходит на адсорбированную молекулу, поверхность полупроводника заряжается, и в приповерхностном слое возникает объемный заряд противоположного знака. В результате такого процесса наблюдается искривление энергетических зон вблизи поверхности полупроводника [162 J. Вследствие искривления зон положение уровня Ферми на поверхности кристалла сдвинуто по сравнению с положением его в объеме на величину Ае. Такое изменение положения уровня Ферми сопровождается изменением концентрации свободных электронов и дырок и вызывает изменение электропроводности Аа чем больше As, тем больше Аст. Работа выхода электрона ф — есть расстояние от уровня Ферми до уровня, соответствующего значению потенциала в пространстве над твердым телом. Изменение работы выхода Дф = —Ае (если пренебречь влиянием динольного момента у нейтральной молекулы). Работа выхода электрона изменяется в зависимости от степени заполнения поверхности адсорбированными молекулами. Увеличение работы выхода наблюдается при адсорбции акцепторных, а уменьшение — при адсорбции донорных молекул на поверхности полупроводника. Согласно [c.54]

При адсорбции электроноакцепторных молекул полупроводник всегда заряжается отрицательно, а при адсорбции электронодонбр-ных — положительно. Хемосорбция также может вызвать заметное изменение электропроводности полупроводника в случае полупроводника р-типа хемосорбция электроноакцепторных молекул О2 приводит к увеличению электропроводности, а хемосорбция элект-ронодонорных (углеводород) — к ее уменьшению. Изменение работы выхода электрона Аф из твердого тела во время адсорбции позволяет установить знак заряда адсорбированной молекулы. [c.67]

Хемосорбция углеводородов на типичных р-полупро-водниках понижает их электропроводность. Знак заряда адсорбированной молекулы, определенный для NiO и V2O5 по работе выхода электрона и по результатам измерения электропроводности, один и тот же, т. е. различные молекулы углеводородов являются донорами электронов при адсорбции и на простых и на сложных полупроводниках, например на ZnO, МпОг, СггОз, СигО, МПС02О4 и С0МП2О4 [59]. Электропроводность серебра, нанесенного на стеклянное волокно, увеличивается при взаимодействии с этиленом [59], а работа выхода уменьшается, т. е. этилен служит донором электронов. Результаты измерения Аф пропилена на платине близки к данным, полученным на серебре [59]. Таким образом, на всех катализаторах окисления при адсорбции молекул кислорода поверхность заряжается отрицательно, а при адсорбции углеводородов — независимо от их строения — положительно. [c.69]

В литературе изложены различные механизмы передачи электронов в полупроводниках, содержащих металлы с незаполненной -орбиталью. По механизму Морина [287], обмен электронами между отдельными катиона ми решетки полупроводника осуществляется по -зонам, а если эти зоны очень узкие, то электроны локализуются на катионах. Для других окислов справедлива обычная зонная модель с обобществлением электронов. Работа выхода электрона, как известно, зависит от положения уровня Ферми на поверхности, которое, в свою очередь, также определяется структурой энергетичеокого спектра полупроводника. [c.147]

Измерения э л ектпоп повод ности я, и работы выхода электрона для окиси ЦР1 нка при введении в нее окиси лития показали, что литий может быть н донором и акцептором электронов [59] знак Аф и е определится соотношением различных видов твердых растворов. Неоднородное распределение примесей по кристаллу полупроводника, зависящее от условий приготовления образцов, также может привести к изменению знака Дф. Поэтому величина электроотри цательности может служить хара(ктеристикой лишь электронной структуры элементов, входящих в состав добавок, а не соста р.а их химических соединений. [c.174]

При исследовании полупроводниковых катализаторов необходимо прежде всего учитывать, что мы имеем дело с неидеальным кристаллом. В последнее время широко раепространилась тенденция объяснять каталитические свойства полупроводников наличием свободных электронов в зоне проводимости. Исследователя этого направления в катализе, изучая параллельно изменение электронных (электропроводность, работа выхода электрона) и каталитических свойств твердого тела, обычно не принимают во внимание изменение числа электронов, концентрации и характера дефектов кристалла. Разделение этих двух факторов, концентрации дефектов и концентрации электронного газа, в системе кристаллическая решетка-(-дефект (в частности, внедренный атом) экспериментально очень сложно. [c.313]

Для разработки теории подбора катализаторов существенно, однако, нахождение таких свойств, которые непосредственно определяют каталитическую активность. Для неметаллических твердых тел, которые будут рассмотрены в настоящей работе, электронная теория катализа на полупроводниках [1, 2] предлагает в качестве такого свойства положепие уровня Ферми на поверхности кристалла, которое можно определить, измеряя работу выхода электрона, величину и знак э.тектропроводности. Отсюда должна вытекать корреляция каталитической активности с электропроводностью и работой выхода электрона. Мультинлетная теория катализа [3] связывает каталитическую активность, в частности, с параметром решетки теория кристаллического поля [4] — с числом ( -электронов в катионе теория кислотно-основного катализа [5—7] с протоно-донорными и протоно-акцепторпыми свойствами поверхности. [c.76]