Электронные неравновесные процессы на поверхности полупроводников

 

Профессор  А.С. Комолов

 

1. Межатомные силы и энергия связи. Общая характеристика межатомных взаимодействий. Масштаб атомных процессов, атомный и ионный радиусы. Силы Ван-дер-Ваальса: ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия. Перекрытие электронных оболочек, понижение энергии при образовании химсвязей. Принцип Паули, связывающие и антисвязывающие электронные конфигурации. Обменное отталкивание как следствие взаимодействия заполненных электронных оболочек. Общий вид потенциальной кривой межатомных взаимодействий.

2. Типы химических связей в твердых телах. Металлическая связь. Взаимодействие ионного остова и электронного газа. Молекулярные твердые тела: слабое межмолекулярное взаимодействие и сохранение индивидуальных свойств молекул. Конденсированное состояние инертных газов, органических молекул. Ионная связь. Энергия ионной связи, постоянная  Маделунга. Ковалентная (гомеополярная) связь. Связывающие электронные состяния, энергия ковалентной связи. Гетерополярная связь. Конфигурация внешней электронной оболочки и понятие электронного сродства. Степень ионности связи и перенос заряда при химическом взаимодействии. Понятие

 координационной связи. Понятие донорно-акцепторной связи.

3. Электронный  спектр твердого телат спектра атома к спектру твердого тела. Остовные уровни, валентные и вакантные состояния. Энергетическая диаграмма поверхности. Квантовохимический  и твердотельный подходы количественного описания  электронного спектра. Понятие ближнего и дальнего порядка. Общая характеристика квантовохимического подхода. Атомные орбитали,  Образование Сигма- и Пи- состояний при взаимодействии атомных орбиталей, энергия ковалентной и ионной связи. Молекулярные орбитали, энергетическая диаграмма двухатомной молекулы.  Связывающие и антисвязывающие сотояния. Заполнение электронами орбиталей. Понятие гибридизации орбиталей. Sp3, Sp2, Sp – гибридизации на примере  молекул  CH4, C2H4 , C2H2. Гибридные орбитали и направленность химсвязей. От структуры молекулы к твердому телу. Структура кристалла и гибридизация  орбиталей. Образование энергетических зон.

4. Общая характеристика твердотельного подходадиабатическое самосогласованное уравнение Шредингера. Самосогласованный потенциал. Теорема Блоха. Плоская волна в периодическом поле. Стоячие и бегущие волны. Ход дисперсионной зависимости, образование энергетических зон. Зоны

Бриллюэна и энергетическая дисперсия. Эффективная масса, Электроны и дырки, Плотность

электронных состояний. Отличие электронных  свойств поверхности  от объемных. Изменение

характера связей на поверхности. Дегибридизация, Релаксация и pеконструкция поверхности. Пример

 поверхности Si(100) 2x1. Поверхностные состояния и поверхностные резонансы.

Состояния Тамма и Шокли. Картина дисперсионных кривых в поверхностной зоне Бриллюэна.

Поверхностные состояния барьера зеркальных сил. Плотность состояний поверхнолсти Si(111).

5. Адсорбция на поверхностисновные понятия адсорбции. Феноменологическое описание адсорбции. Энергия связи, коэффициент прилипания, время жизни. Адсорбция физическая и химическая. Энергетические диаграммы. Пример адсорбции кислорода на поверхности Si. Влияние адсорбции на потенциал поверхности и работу выхода. Поверхностные состояния адсорбционного происхождения, поверхностные дефекты. Поверхность в условиях термодинамического равновесия.

6. Электронные процессы в пограничных областях наноразмерных органических материалов. Особенности применения ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии к исследованию интерфейсов органических пленок. Потенциал ионизации и уровень границы зоны проводимости в органических материалах. Интерфейсный сдвиг уровня вакуума. Протяженный интерфейсный диполь. Область интерфейсного диполя в однокомпонентных и допированных органических пленках. Ковалентная связь, комплекс переноса заряда и электронный обмен на интерфейсе. Модификация химической и электронной структуры органического материала и материала подложки вследствие взаимодействия на интерфейсе. Взаимодействие на интерфейсах при напылении металлического слоя поверх пленки полупроводниковых органических материалов. Понятие о незаполненных электронных состояниях в полупроводниковых органических материалах. Основы экспериментальных методов исследований незаполненных электронных состояний. Основы методов теоретических исследований незаполненных электронных состояний. Энергетический спектр вакантных (незаполненных) электронных состояний по данным рентгеновской абсорбционной (NEXAFS). Влияние различия энергий связи атомов ввиду несимметрии их расположения в молекуле на NEXAFS анализ. Метод ”строительных блоков” (building block – в оригинале). Тенденция изменения энергетического расположения sigma* (C-C) пиков в зависимости от длины связи между атомами С.

7. Энергетическое воздействие как причина нарушения равновесного состоянияипы энергетических воздействий: Тепловой действия, Оптической воздействие, Фотонное возбуждение, Возбуждение электронным пучком,  Ионное возбуждениеффекты теплового действия, термодесорбция, термодесорбционная масс-спектрометрия.Оптическое возбуждение поверхности. Специфика лазерного воздействия. Тепловое и фото-электронное действие света. Эффект фотодесорбцими: резонансный и нерезонансный механизмиозбуждение поверхности электронным ударом. Длина свободного пробега электронов.  Возбуждение вторично-электронной эмиссии. Электронно-стимулированные поверхностные процессы: поверхностные реакции и электронно-стимулированная десорбция. Модели Гомера-Редхеда и Фибельман-Кнотеказаимодействие ионных пучков с поверхностью. Механизмы поверхностной нейтрализации и ионно-нейтрализационная спектроскопия..Рассеяние ионов на поверхности и метод обратного Резерфордовского рассеянияасс-анализ вторичных ионов как основа метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС).Ионная очистка поверхности и методика послойного анализа элементного состава приповерхностной области.

 

Список обязательной литературы

1. Зенгуил Э. Физика поверхности, М: Мир, 1990,

2. Бехштепт Ф., Эндерлайн Р. Поверхности и границы раздела полупроводников, М: Мир, 1990,

3. Комолов С.А. Интегральная вторично-электронная спектроскопия поверхности Изд. ЛГУ 1986,4. Лазнева Э.Ф. Лазерная десорбция Изд. ЛГУ, 1990.,

4. Волькенштейн Ф .Ф . Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. М.: Наук а, 1987. -345 с.,

5. Мясников И.А., Сухарев В..Я., Куприянов Л.Ю., Завьялов С.А., Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях. М: Наука. 1991, -327 с. Пер.: Наndbook of sensors and actuators Semiconductor Sensors in Physical-Chemical Investigations. Ed. L.Yu. Kupriyanov. Elsevier. New-York, 1996, - 400 с.,

6. Sze, S.M., Kwok K., Physics of semiconductor devices, Wiley, NY, 2004

 

Список дополнительной литературы

1. Лучинин В.В., "Нанотехнологии. Физика. Процессы. Диагностика. Приборы", Физматлит, 2006,

2. Fraden J. Handbook of modern sensors : physics, designs, and applications.–3rd ed. Springer, Berlin, 2004,  -589p.,

3. Kalantar-zadeh K., Fry B., Nanotechnology-Enabled Sensors, Springer, Berlin, 2007, -491p,

4. Комолов А.С., Методические указания по курсу лекций “Физика полупроводниковых приборов”, Издательство физического факультета СПбГУ, Санкт-Петербург, 2008