Адсорбция газов на окислах

Согласно электронной теории при адсорбции происходит взаимодействие частицы с электронами или дырками в полупроводниках. Адсорбция газов на окислах хеморбируется следующими моментами:

1. сопровождается заряжением поверхности при образовании прочной формы хемосорбции.

О₂ → О₂^-- (2О^-) – газ акцептор электронов.

Н₂ → Н₂⁺ – газ – донор электронов.

СО → СО⁺ – газ донор электронов.

2. Скорость адсорбции очень быстро уменьшается при увеличении покрытия. Адсорбция прекращается при степенях покрытия ≈ 10 %.

Рассмотрим адсорбцию частицы – донора электронов на поверхности полупроводника:

Д

____ Д⁺ _______

Теплота адсорбции будет:

Мы берем нейтральную частицу и отнимаем у нее электрон (затрачиваем энергию ; J – потенциал ионизации, φ – работа выхода электрона (φ выигрывается при вводе электрона в полупроводник),

W – энергия взаимодействия положительного иона с поверхностью, W выигрывается, когда мы садим частицу на поверхность.

J – зависит от свойств газа (адсорбата),

φ – зависит от свойств адсорбента,

W – зависит и от свойств адсорбата и адсорбента.

Рассмотрим адсорбцию акцептора электронов

А

____ А^- _______

К А присоединяется электрон, φ проигрывается за счет того, что электрон надо вытащить из твердого тела:

Z – сродство к электрону,

W – энергия взаимодействия иона с поверхностью.

Адсорбированная частица на поверхности в зонной модели изображается локальным уровнем:

__________________

Зона проводимости

__________________

----------------------------

__________________ F

---------------------------

__________________

Валентная зона

__________________

Между теплотами адсорбции газа донора и акцептора и положением уровня Ферми F существует связь.

При этом адсорбции мы не рассматриваем изменения, происходящие в энергетических зонах. Рассмотрим адсорбцию газов –акцепторов:

А^-

А^-

А^-

А^{- __________________________} F

А^-

А^-

А^-

А^- ________________ расстояние от поверхности кристалла

Вблизи поверхности образуется область с повышенным отрицательным зарядом по отношению ко всему кристаллу. Отрицательно заряженная область мешает электрону выйти с поверхности. На поверхности или вблизи кристалла уровень Ферми F должен быть искривлен и работа выхода электронов возрастает. Рассмотрим адсорбцию газов – доноров:

Д+

Д⁺

Д^{+ __________________________} F

Д⁺

Д⁺

Д⁺

Д⁺________________ расстояние от поверхности кристалла

Из-за избытка положительного заряда работа выхода электронов уменьшается.

Дата добавления: 2014-01-07