Поверхностные энергетические уровни

Поверхностные энергетические уровни [c.78]

Несомненно, что формирование поверхностного слоя с заранее заданными свойствами экономически более целесообразно, чем модифицирование всего объема материала. Управляя глубиной поверхностного переходного слоя А путем создания определенной иерархии в структуре дефектов, можно задавать энергетический уровень материала в целом, менять плотность распределения энергетических уровней и обеспечивать комплекс необходимых для эксплуатации материала механических свойств. [c.125]

Пусть теперь энергия электрона соответствует одной из запрещенных зон неограниченного кристалла, т. е. k E) является комплексной величиной. Условие конечности волновой функции (7.115) в этом случае будет выполнено, если один нз коэффициентов А или Лг (в зависимости от знака мнимой части k) положить равным нулю. Тогда (7.117) и (7.118) превращаются в два линейных однородных уравнения с двумя неизвестными. Они имеют решение только при таком значении энергии, при котором определитель системы равен нулю. Все остальные значения Е запрещены. Таким образом, ограничение кристалла поверхностью приводит к тому, что в области энергии, соответствующей запрещенной зоне неограниченного кристалла, появляются разрешенные энергетические уровни. Эти состояния, локализованные вблизи поверхности, и получили название поверхностных уровней (состояний). Волновые функции, соответствующие поверхностным состояниям, экспоненциально затухают по мере удаления от поверхности. В области вакуума -ф-функция затухает монотонно, а в об-1G-221 24 f [c.241]

Как показал И. Е. Тамм, вблизи поверхности кристаллического образца возникают дополнительные энергетические уровни, обусловленные нарушением трансляционной симметрии кристаллической решетки вследствие ее обрыва поверхностные состояния или, иначе, уровни Там-ма). В полупроводнике эти состояния локализуются внутри запрещенной зоны. Они могут либо отдавать, либо принимать электроны, в результате чего на поверхности полупроводника образуется заряд того или иного знака, приводящий к изгибу энергетических зон в приповерхностном слое. Если полупроводник содержит донорные примеси (п-полупроводник), то в этом случае электроны будут переходить от примесей на поверхностные уровни в результате поверхность полупроводника зарядится отрицательно, а внутри полупроводника вблизи его поверхности возникнет положительный объемный заряд. Это приводит к изгибу зон, показанному на рис. 7.5, б. Изгиб происходит в пределах слоя толщиной обычно не более 10 м значительная же часть фотоэлектронов зарождается глубже — на расстояниях примерно до 10 —10 м от поверхности. Для таких электронов энергия электронного сродства х и соответственно порог фотоэффекта W увеличиваются на некоторую величину ЬЕ (см. рисунок). Более интересен в практическом отношении случай, когда полупроводник содержит акцепторные примеси (р-полупроводник). В нем электроны будут переходить с поверхностных уровней на примеси, поверхность будет заряжаться положительно, изгиб зон будет иметь вид, показанный на рис. 7.5, в. В данном случае благодаря изгибу зон происходит снижение порога внешнего фотоэффекта. [c.166]

Рассмотреть энергетические уровни и поверхностные состояния системы, описанной в задаче 12.14, в случае, когда поверхностный атом является примесным. [c.76]

Наличие у реальных кристаллов полупроводников конечных размеров приводит к обрыву кристаллической решетки на поверхности. Происходящие при этом явления качественно можно проиллюстрировать на примере идеального кристалла беспримесного германия или кремния. В результате обрыва кристаллической решетки у атомов, расположенных в поверхностном слое кристалла, не все ковалентные связи будут завершены. Это означает, что поверхность кристалла полупроводника обладает электропроводностью р-типа. Поэтому на энергетической диаграмме поверхности полупроводника в отличие от его объема имеются дополнительные энергетические уровни, лежащие в запрещенной зоне. Они получили название поверхностных уровней (состояний) или уровней Тамма. [c.78]

В соответствии с числом атомов кристалла, приходящихся на единицу поверхности, плотность уровней Тамма должна составлять порядка 10 При такой высокой плотности энергетических уровней возможно их расщепление в поверхностную зону. Так как поверхностные уровни (или зоны) имеются только на энергетической диаграмме поверхности, то заряды, находящиеся на этих уровнях (в зо- [c.78]

Для химического анализа поверхностных слоев твердых тел в последние годы нашел применение метод электронной Оже-спектроскопии (ЭОС) [22, 116], основанный на использовании электронов, фотонов (Х-лучей) или ионов для возбуждения атомов и удаления электронов с более низких энергетических уровней. Этим методом можно исследовать чистоту исходной поверхности, сегрегацию (скопление, обособление) элементов по границам зерен, поверхностную диффузию, процессы коррозии, спекания, а также различные химические взаимодействия и характер химических связей в веществах. Локальность метода достигает 50 нм глубина выхода Оже-электронов из образца — 0,5— 3 нм. Метод можно применять совместно с методом РЭМ. [c.72]

Рис,3,17, Зависимости величины максимальной скорости поверхностной рекомбинации при малом уровне инжекции от положения энергетического уровня рекомбинационного центра. Параметры расчета Л = 0,135 (а = [c.106]

Первые же детальные исследования захвата носителей заряда на БС реальной поверхности германия в зависимости от поверхностного потенциала методом эффекта поля показали, что кривые захвата являются плавными, не содержащими каких-либо особенностей, указывающих на присутствие дискретных энергетических уровней БС (рис.3.19). Рассчитанные из этих кривых захвата энергетические спектры БС имеют монотонный 17-образный вид — рис.6.15. Минимум плотности БС находится вблизи середины запрещенной зоны Ое. [c.199]

Для фотонов, имеющих энергию, меньшую ширины щели, электросопротивление сверхпроводника обращается в нуль при абсолютном нуле. На рис. 12.13 показаны экспериментальные результаты для далекой инфракрасной области. Для СВЧ-об-ласти результаты представлены на рис. 12.14. Видно, что при Т Тс сопротивление в сверхпроводящем состоянии испытывает резкий скачок в области энергий, равных ширине щели. Для фотонов меньшей энергии поверхностное сопротивление отсутствует. Для фотонов большей энергии сопротивление приближается к сопротивлению в нормальном состоянии, поскольку такие фотоны вызывают переходы на незанятые нормальные энергетические уровни над щелью. Увеличение температуры не только уменьшает ширину щели (как на рис. 12.12), но и затягивает спад сопротивления для фотонов с энергией, меньшей [c.432]

Когда адсорбция молекулы (или атома) приводит к возникновению локализованного электронного уровня энергии на поверхности полупроводника, будет иметь место перенос заряда между адсорбентом и адсорбатом. Этот вид адсорбции мы будем называть адсорбцией с переносом заряда. Странно то, что существует множество экспериментальных фактов, подтверждающих существование этого вида адсорбции [39], но нет простой системы, которая могла бы проиллюстрировать это явление. Нас здесь не интересуют ни вид изотермы адсорбции [40], ни анализ реакций, определяющих скорость различных каталитических процессов [41]. Мы интересуемся энергией адсорбции, природой поверхностного комплекса и энергетическими уровнями поверхностных состояний. [c.176]

Последняя формула представляет собой выражение энергетического уровня поверхностного состояния через свободные энергии адсорбции для частного, довольно простого случая. [c.181]

Работа выхода для полупроводника или металла есть раз-ность между энергией электрона на уровне Ферми вблизи поверхности и энергией покоящегося электрона в вакууме на больших расстояниях от поверхности. Для однородной поверхности металла порог фотоэффекта при О К равен /гто = еф. Однако порог фотоэффекта полупроводника /IVi почти никогда не равен работе выхода, поскольку пороговая энергия фототока — это та энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы выбить его с наивысшего заполненного уровня в вакуум. Высший заполненный уровень обычно лежит вблизи верхней границы валентной полосы, а не есть, как в металле, уровень Ферми. Если нет изгиба валентной зоны и зоны проводимости вблизи поверхности, т. е. отсутствуют поверхностные уровни, то расположение энергетических уровней соответствует приведенному на фиг. 4.23, а, где % — сродство к электрону, Еа — ширина запрещенной зоны, Ер — уровень Ферми, Ес — нижняя граница зоны проводимости, Еу — верхняя граница валентной зоны, Е]—положение уровня Ферми для собственного полупроводника. Очевидно, что куг = %+Еа- [c.279]

Как следует из приведенного выше обсуждения, этот метод основан на наличии параметра задачи, зависящего от величины возмущений. В следующих параграфах показано, что этим параметром может быть частота в слабо нелинейной системе, энергетические уровни в задачах квантовой механики, характеристический показатель в нормальном решении линейной задачи с периодическими коэффициентами, волновое число или частота в колебаниях плазмы и волновая скорость или частота поверхностных волн конечной амплитуды. [c.69]

Поверхностные уровни могут захватывать электроны и создавать большой отрицательный поверхностный заряд. В приповерхностном слое кристалла образуется недостаток электронов, т, е. создается избыточный положительный заряд. Возникающее таким образом электрическое поле может достигать 10 —10 ° В/м. Оно искривляет энергетические зоны вблизи поверхности кристалла. Искривление зон приводит к изменению работы выхода электронов и ряда других свойств. [c.262]

Подобными дефектами являются п свободные поверхности кристалла, на которых происходит обрыв решетки и нарушение периодичности ее потенциала (рис. 8.26, а). Влияние такого рода дефектов на энергетический спектр электронов было исследовано Таммом в 1932 г. Он показал, что обрыв решетки приводит к появлению в запрещенной зоне полупроводника разрешенных дискретных уровней энергии для электронов, расположенных в непосредственной близости от поверхности кристалла (рис. 8.26, б). Такие уровни получили название поверхностных уровней или поверхностных состояний. [c.240]

Перейдем теперь к рассмотрению модели первого уровня оптимизации ПТУ второй схемы, циклы которой изображены на рис. 9.2. В качестве независимых переменных целевой функции модели этой установки целесообразно использовать давление торможения парового потока на выходе из первой ступени турбины р2 и температуру жидкости на входе в конденсирующий инжектор Т]2. Если выбор первой из них достаточно очевиден, то относительно Т12, которая в модели ПТУ первой схемы принималась неизменной, необходимо сделать следующее замечание. С одной стороны, по мере уменьшения значений Тп давление потока на выходе из конденсирующего инжектора возрастает, что способствует повышению энергетической эффективности ПТУ. С другой стороны, при снижении значений Г/г происходит уменьшение кратности циркуляции D = ij— te)/(is — L12) и в соответствии с уравнением (2.18) — уменьшение массового расхода рабочего тела, проходящего через вторую ступень турбины и поверхностный конденсатор к жидкостному соплу конденсирующего инжектора Шц. , что ведет к снижению мощности второй ступени турбины и КПД в целом. Указанный неоднозначный характер влияния Г/2 на эффективный КПД ПТУ второй схемы т эф п определяет необходимость включения Г/г в число оптимизируемых параметров. При этом остаются в силе высказанные ранее соображения по поводу минимально допустимого значения Т,2. [c.162]

Температуры рабочего тела в узловых точках цикла I и 8, а также давление торможения потока на выходе из второй ступени турбины р4 следует включить в совокупность внешних факторов модели ПТУ первого уровня. При этом значения Ti и Та остаются одинаковыми для обоих типов установок. При задании величины р4 необходимо принимать во внимание следующие обстоятельства. С уменьшением значений р4 энергетическая эффективность ПТУ возрастает за счет сокращения потери работы прямого цикла, которая пропорциональна площади 4—5—6—5— 14—7—4) (см. рис. 9.2). Уменьшение этой площади при неизменном давлении ps ограничивается величиной технически достижимого вакуума в поверхностных конденсаторах. Поэтому с учетом потерь давления в регенераторе второй ступени и поверхностном конденсаторе давление р4 назначалось равным 1 10" Па. [c.162]

Для качественного соединения материалов необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и их активацию. Активация поверхностей состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая для обрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды и для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического [c.358]

Цини указал на то, что феноменологическая гидродинамическая теория, непосредственно не связанная с дискретностью электронных энергетических уровней, предсказывает, однако, как голубой, так и красный резмерный эффект в зависимости от степени размытия электронного облака на поверхности частицы, причем для перехода от одного к другому характеру эффекта требуется совсем небольшое изменение размера области диффузности электронов [922]. На этом основании Цини считает неудовлетворительной модель, в которой свободные электроны находятся внутри коробки, ограниченной беско -нечно высокими барьерами потенциальной энергии. В действительности имеется определенная вероятность распада поверхностного плазмона частиц с испусканием электрона в окружающую среду. [c.296]

Чтобы более корректно описать размытие пиков поглощения. Цини исходит непосредственно из правила сумм, предполагая, что с электромагнитным полем заданной частоты взаимодействуют не все N электронов частицы, распределенных по дискретным энергетическим уровням, но только некоторые из них в количестве Мдф (со), занимающие высокие уровни. Учитывая очевидное условие Л"эф (со)- ЛГ при со- оо, Цини находит мнимую компоненту 82(0)) диэлектрической проницаемости из правила сумм и, подставляя 82 (со) в дисперсионное соотношение, определяет реальную компоненту 8j (со). Расчеты выполнялись для куба с обычной заменой суммирований на интегралы. Частоты СО поверхностных плазмонов находили ориентировочно по формуле 8i( o )=—2, действующей для сферической частацы в вакууме. Расчетами выявлено 1) при уменьшении размера частиц значения со возрастают, но немонотонно, а осциллирующим образом [c.297]

Достижение энергетического уровня, необходимого для установления прочных связей между атомами соединяемых металлов, осуществляется вследствие сообщения каплей л идкого припоя поверхностным атомам подложки соответствующей тепловой энергии. При низкотемпературной пайкосварке диффузионные процессы, как правило, бывают значительно подавлены из-за низкой температуры нагрева поверхности основного металла и малой длительности контакта твердого основного металла и жидкого припоя. Это подтверждается наличием очень незначительной толщины (1—2 мкм) диффузионной прослойки на границе чугу —латунь, практически не влияющей на механические свойства паяного соединения и его Ъбрабатываемость [133]. [c.179]

Специфика поверхностных состояний по сравнению с объемными состоит в том, что положения энергетических уровней ПЭС относительно уровня Ферми зависят от величины заряда поверхности. Если напряженность электрического поля, создаваемого этим зарядом, значительно меньше внутриатомного, положение Е, в запрешенной зоне кристалла остается неизменным, и воздействие поля ОПЗ сводится только к смешению энергетических уровней ПЭС на величину, равную изгибу энергетических зон на поверхности — уровни ПЭС "привязаны" к зонной схеме поверхности. Поэтому удобно ввести безразмерную энергию ПЭС, величина которой не зависит от изгиба зон ,=( ,- Е1)1кТ. Используя безразмерный потенциал = (Е - Е1)/кТ — см. п.1.1.3, функцию (3.2) можно переписать в виде [c.83]

Состояния Шокли представляют собой в обычном смысле свободные валентности на поверхности. Четыре валентных электрона элементов группы IV распределены по четырем атомным орбиталям, если атом изолирован,— одна s-орбиталь и три р-ор-битали. В случае связи с другими атомами обычно рассматривается тетраэдрическая sp -гибридизация валентных электронов. С учетом спина имеется восемь состояний, четыре из которых заняты в связи, у четырех остальных энергия гораздо выше. Если они составляют кристалл структуры алмаза, дискретные энергетические уровни уширяются, образуя валентную зону и зону проводимости, как было описано выше. Рассмотрим атом на поверхности (111). Три орбитали необходимы для того, чтобы встроить атом в кристалл, четвертая орбиталь остается свободной. Свободная орбиталь, локализованная, таким образом, на поверхности, является состоянием Шокли. Состояния Шокли могут затем расщепляться в поверхностную зону. [c.21]

Грин [90] исследовал проблему поверхностного квантования, взяв в качестве модели простую потенциальную яму вблизи поверхности. Энергетические уровни представлены на фиг. 5.46. Для наглядности кривая функции плотности состояний смещена вправо от начала координат на величину энергии уровня. В случае треугольной ямы первый уровень находится на 7 кТ ниже края валентной зоны. Отсюда поверхностный потенциал действительно будет больше 9 йГ, как отмечалось выше, и поправка на параболичность будет очень большой. Для корректного подхода к проблеме необходимо одновременное решение уравнений Шредингера и Пуассона [114]. При этом возникают серьезные математические трудности. Различные авторы указывали, что квантование области пространственного заряда должно привести к расширению поверхностного слоя и росту поверхностной подвижности [114—116]. [c.381]

В предыдущих параграфах предполагалось, что у поверхности молекулы или другие элементарные излучатели расположены и ориентированы особым образом. Однако свойства этих излучателей считались неизменными иначе говоря, предполагалось, что структура энергетических уровней у поверхностита же, что и в объеме вещества. Необходимо учесть, однако, что вблизи поверхности всегда имеют место специфические поверхностные состояния и (при наличии зонной структуры) поверхностные зоны, создаваемые либо дефектами [c.215]

На границе раздела были идентифицированы по крайней мере три различных вида ловушек. Первый возникает в результате самого процесса окисления и, как предполагается, представляет собой структурный дефект на границе раздела Si02 - Si. Второй вид ловушек на границе раздела индуцируется различными ионизирующими излучениями, тогда как третий возникает из-за наличия металлических примесей на границе раздела Si02 — Si. Все три вида ловушек обозначаются символом (или если речь идет о соответствующей им плотности состояний). Одна из разновидностей ловушек несомненно связана с фиксированными в окисле зарядами, так как и плотность зарядов и плотность ловушек одинаково зависят от ориентации кремния (уменьшаются в последовательности < 111), < 110), (100)) и от температуры окисления. Вследствие этого предполагается, что Л -и имеют одинаковое происхождение с той лишь разницей, что ловушки расположены настолько близко к границе SiOj - Si, что имеют возможность обмениваться электрическими зарядами с кремнием. Поэтому ловушки и могут перезаряжаться при вариациях поверхностного потенциала. Предполагается также, что ловушки, имеющие энергетические уровни, лежащие в верхней [c.66]

Для перехода в раствор поверхностный катион металла должен преодолеть лишь энергетический барьер Qa (рис. 107, кривая 1—2), причем Qa < Ссольв, Т. е. этот процесс является значительно более вероятным. Разность уровней потенциальных энергий в точках / и 2, равная Л, отвечает работе процесса перехода 1 г-иона металла в раствор. Для перехода из раствора в металл находящийся в растворе сольватированный катион должен преодолеть энергетический барьер (рис. 107, кривая 2—/), причем Qk > Qa, т. е. этот процесс (катодный) является менее вероятным, чем первый (анодный). [c.152]

В процессе длительного трения при постоянном допустимом уровне энергетического воздействия в поверхностном слое полимерных образцов идут названные выше процессы, при этом в пленке фрикционного переноса фазовый состав не изменяется, а полимерная матрица содержит только аморфную фазу, сохраняющую слоистую структуру с изменяющимся средним межслоевым расстоянием. Этот факт, а также вывод об образовании жидкокристаллической мезофазы свидетельствуют о процессах самоорганизации в металлополимерной трибосистеме диссипативных трибоструктур с определенными термодинамическими свойствами. [c.104]

Изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации в приповерхностных слоях материалов в сравнении с их внутренними объемными слоями имеет важное значение для развития теории и практики процессов трения, износа и схватывания. При этом следует отметить, что. поверхностные слои кристаллических материалов имеют, как правило, свои специфические закономерности пластической деформации. Так, например, в работе [11 при нагружении монокристаллов кремния через пластичную деформируемую среду силами контактного трения было найдено, что в тонких приповерхностных слоях на глубине от сотых и десятых долей микрона до нескольких микрон величины критического напряжения сдвига и энергии активации движения дислокаций значительно меньше, чем аналогичные характеристики в объеме кристалла. Было также показано [2], что при одинаковом уровне внешне приложенных напряжений по поперечному сечению кристалла в радиусе действия дислокационных сил изображения эффективное напряжение сдвига значительно выше, чем внутри кристалла. Поэтому поверхностные источники генерируют значительно большее количество дислокационных петель и на большее расстояние от источника по сравнению с объемными источниками аналогичной конфигурации и геометрии при одинаковом уровне внешних напряжений. Высказывалось также предположение, что облегченные условия пластического течения в приповерхностных слоях обусловлены не только большим количеством легкодействующих гомогенных и различного рода гетерогенных источников сдвига [3], но и различной скоростью движения дислокаций у поверхности и внутри кристалла [2]. Аномальное пластическое течение поверхностных слоев материала на начальной стадии деформации может быть обусловлено действием и ряда других факто-зов, например а) действием дислокационных сил изображения 4, 5] б) различием в проявлении механизмов диссипации энергии на дислокациях, движущихся в объеме кристалла и у его поверхности причем в общем случае это различи е, по-видимому, может проявляться на всех семи фононных ветвях диссипации энергии (эффект фононного ветра, термоупругая диссипация, фонон-ная вязкость, радиационное трение и т. д.) [6], а также на электронной [71 ветви рассеяния вводимой в кристалл энергии в) особенностями атомно-электронной структуры поверхностных слоев и их отличием от объема кристалла, которые могут проявляться во влиянии поверхностного пространственного заряда и дебаевского радиуса экранирования на вели- [c.39]

Диффузионное спекание. Диффузионный механизм переноса вещества наблюдается три спекании большинства кристаллических фаз в отсутствии жидкой фазы. Происходит, как принято называть, твердофазовое спекание. Диффузионный механизм спекания самым тесным образом связан со структурой и н ичием дефектов в кристаллической решетке спекаемого материала. Чем больше дефектов имеют кристаллическая решетка и поверхность спекаемого кристалла, тем больше его поверхностная энергия. Реальные тонкоизмельченные кристаллические тела всегда различаются между собой величиной свободной энергии. При соприкосновении мельчайших кристаллических частиц в процессе нагревания происходит перенос вещества с большей свободной энергией в местах. контакта в направлении частицы с меньшей свободной энергией, так как по законам термодинамики всякая система стремится к выравниванию уровней энергии. Таким образом, движущей силой и энергетическим источником переноса вещества диффузией является разность значений свободной энергии в месте контакта вещества. [c.70]

А. Л. Ройтбурд, исходя из результатов термодинамического анализа изменения соотношения поверхностной и объемной энергий в процессе роста мартенсит-ной пластины, считает, что причиной смены механизма дополнительной деформации является изменение указанного соотношения. Пока толщина пластины мала, дополнительная деформация двойникованием энергетически выгоднее скольжения, так как проигрыш в объемной энергии перекрывается выигрышем в поверхностной энергии. Однако по мере увеличения толщины пластины растет протяженность дефектов упаковки, создаваемых двойникующими дислокациями. Это приводит к более заметному повышению уровня объемной энергии по сравнению с поверхностной. [c.15]

Иаивысшая из этих орбиталей, расположенная выше уровня Ферми и отделенная от остальных густо сконцентрированных орбиталей энергетической щелью, незаполнена. Следовательно, она играет роль поверхностного состояния и может эффективно воспринимать электроны при взаимодействии с атомами или молекулами других [c.245]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...