ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Выбор физической модели поверхности. Структура курса из "Основы физики поверхности твердого тела " Поверхность является одним из основных дефектов трехмерной структуры кристалла — классического объекта в физике твердого тела. Обрыв химических связей на поверхности приводит к изменению координационной сферы поверхностных атомов и регибридизации их валентных орбиталей. В результате этого 1) возникают новые собственные) квантовые локализованные поверхностные электронные состояния (ПЭО, выполняющие роль центров захвата и рекомбинации свободных носителей заряда 2) изменяются эффективные заряды поверхностных атомов, порядок их расположения и межатомные расстояния 3) появляются дополнительные деформации и 4) изменяется фононный спектр. Нарушенная структура поверхности не может скачком перейти к упорядоченной структуре объема кристалла и, следовательно, должна существовать конечная трехмерная переходная область. Поэтому, говоря о поверхности, следует рассматривать ее не как геометрическую плоскость (х, у), а как трехмерную поверхностную фазу, ряд физических свойств которой отличен от объемных, В дальнейшем понятие поверхность мы часто будем использовать не только для свободной поверхности, но и для межфазных границ, разделяющих соприкасающиеся твердые тела. [c.9] Из всего сказанного видно, что существование поверхности вносит огромные осложнения в физику кристаллов. Недаром В. Паули, а затем и другие исследователи образно говорили, что поверхность создал сам дьявол. Замечательный голландский график М.Эшер наглядно, с нашей точки зрения, изобразил эту дьявольскую ситуацию в своей знаменитой фавюре Рыбы и птицы , представленной на форзаце этой книги. Он, конечно, не догадывался о всех сложностях физики поверхности и руководствовался исключительно интуицией художественного воображения. Но на путях исследования поверхности и нам, поклонникам точных наук, также нередко придется обращаться к интуиции. [c.11] Для того, чтобы найти какие-то общие закономерности в этой сложной ситуации, необходимо обратиться к моделям, которые правильно отражали бы общие для поверхностных фаз закономерности, пренебрегая в первом приближении более частными деталями. [c.11] Естественно, самой простой является модель однородной поверхности, которая часто используется во всех практических аспектах физики поверхности. Предполагается, что все физические свойства — расположение атомов, распределение их эффективных зарядов и зарядов ПЭС — однородны в плоскости поверхности (А , V ). Она характеризуется средними эффективными значениями макроскопического электрического поля, поверхностного заряда, потенциала и т.д. Рассматриваются только изменения этих физических параметров по нормали к поверхности (вдоль оси 2). Таким образом, задача из трехмерной становится одномерной. Энергетический спектр ПЭС характеризуется феноменологическими параметрами концентрациями, энергетическими положениями и сечениями захвата электронов и дырок. [c.11] Такая модель поверхности обычно используется при рассмотрении поверхностных электронных явлений. Феноменологический подход к проблеме позволил последовательно и достаточно полно описать основные закономерности разнообразных электронных процессов, разыгрывающихся на поверхности твердого тела и на межфазных границах. В рамках теоретических представлений удалось установить важные взаимосвязи между макроскопическими свойствами поверхности и параметрами ПЭС, определяющие такие фундаментальные процессы, как захват и рекомбинацию носителей заряда, их транспорт в поверхностных фазах. Показано, что все эти взаимосвязи существенно изменяются при переходе от монокристаллов к системам с пониженной размерностью, когда размеры самих объектов начинают приближаться к характеристическим длинам электронной подсистемы твердого тела. Это кластеры вещества, нитевидные структуры и тонкие пленки нуль- (О/)), одно- (1/)) и двумерные 2В) структуры микро- и наноэлектроники. [c.12] Взглянув на рис.1, а к б, читатель видит, насколько грубым в ряде случаев может оказаться приближение однородной поверхности, и у него, естественно, возникает вопрос о правомерности применения такого подхода. На самом деле на этом рисунке мы умышленно представили экстремально трудный для теоретического описания случай красивого горного рельефа некоторых поверхностей, чтобы подчеркнуть особенности рассмотрения поверхностных фаз. К счастью, после специальных обработок, таких как травление, вакуумный отжиг и т.д., удается существенно сгладить рельеф поверхности. Небольшие участки поверхности в итоге могут быть практически идеально гладкими (см. рис.1, в). Такие участки становятся доступными для многих электрофизических исследований. При интерпретации экспериментальных данных не следует забывать, однако, о возможной неадекватности изучаемой поверхности и ее теоретической модели. [c.12] Следующий этап в описании поверхности — рассмотрение статистического распределения локальных электрических полей на поверхности и их влияния на макроскопические поверхностные электронные характеристики. Определенные перспективы в этом направлении открывает современная электронная теория неупорядоченных систем. [c.12] В реальных условиях поверхность взаимодействует с атомами и молекулами окружающей среды. Последние изменяют спектр существующих ПЭС и создают систему новых адсорбционных ПЭС. Адсорбированные молекулы влияют не только на электронные свойства поверхностей, но и на их фононные спектры и деформации. Экспериментальным исследованиям в книге также уделено большое внимание. [c.13] Центральное место в книге занимают вопросы взаимосвязи молекулярных и электронных процессов в поверхностных фазах. Именно эти взаимосвязи определяют многие кооперативные свойства поверхностей и межфазных границ, в частности, различные типы их гетерогенности. Кооперативные поверхностные явления начинают широко использоваться не только в микроэлектронике, но и в преобразователях солнечной энергии, в разного рода сенсорных устройствах и в ряде химических процессов. [c.13] Вернуться к основной статье