CC BY
7
УДК 541 183+541.123.2
И.Л. Кировская, I.A. Kirovskay a, e-mail: [email protected] JI.Б. Новгородцевa, L. V. Novgorodtseva
Омский государственный технический университет, г Омск, Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОС ТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СИСТЕМЫ GaSb-ZnTe Н\ ОСНОВЕ ИК С ПЕКТРОС КОПШ1ЕС КНХ ИССЛЕДОВАНИЙ
PHYSIC ALCHEMICAL STATE OF THE SERFAGE OF SEMICONDUCTORS SYSTEM GaSb Znle BASED ON IR-SPEC TROSCOPIC STUDIES
В работе анализируются возможности ИКС-метода применительно к реальной поверхности полупроводников системы GaSb-ZnTe. Конкретно: была получена информация о химическом составе, кислогно-осноенье и адсорбционных свойствах.
The paper examines the possibilities of CRS-method applied on the surface of semiconductor;, system GaSb-ZnTe. Specifically: information was obtained on the chemical composition, acid-base and adsorption properties.
Ключевые слова: полупроводники, твердые растворы, ИК-спвктроскопия, поверхность, химический состав, кислотно-основные, абсорбционные свойства
283
Keywords: sem¡conductors, solid solutions, IR-spectroscopy, surface, chemical composition, acid-base, adsorption properties
Методики выполненных исследований подробно описаны в [1].
Химический состав поверхности О химическом составе исходной поверхности компонентов системы Са5Ь-2пТе свидетельствуют ИК-спектры. приведенные на рис. 1. Согласно таковым, он представлен преимущественно адсорбированными молекулами воды, группами ОН", углеродными соединениями и продуктами окисления поверхностных атомов. Присутствие в ИК-спектрах групп ОН", водородных соединений углерода подтверждает наличие предтоженного в [2] диссоциативного характера адсорбции атмосферной воды на поверхности данных полупроводников. Соответственно не исключено, что по мере накопления гид роке ильных групп на поверхности, часть молекул может образовывать с ними водородные связи. Возможно, этим обусловлено появление связей С-Н
После тренировки поверхности при Т=473 К, р=1.,33"104 Па поверхность практически полностью освобождается от адсорбированных примесей и в значительной степени от оксидной фазы, что подтверждается заметным снижением интенсивности основных полос ИК-спектров.
Кислотно-основные свойства поверхности Результаты ИК-спектроскопических исследований дополнили результаты определения рН изоэлектрического состояния и кондуктометрического титрования [3].
Водородный показатель изоэлектрического состояния поверхности (рНизо) компонентов системы СаЗЬ-2иТе? экспонированных на воздухе, увеличивается с ростом содержания 2пТе. При этом твердые растворы с избытком 2лТе обладают слабощелочным и нейтральным характером поверхности, а твердые растворы с избытком Оа8Ь -слабокислым.
Зависимость «рНяэо - состав» системы ОаЗЬ-2пТе нелинейна, но в целом демонстрирует плавное нарастание рНию с увеличением содержания 2пТе.
IV
^lYY VyMyTYJ\
j
ih i» urn in uk ii* № ч н мф
Рнс. 1. ИК-спекгры исходных поверхностен бинарных компонентов и твердых растворов системы Ол&Ь-2пТе: 1-СлйЬ: 2-2пТе; 3-(ТпТе)од5(Са&Ь)ц15; 4-{гпТе)о.и(Еа&Ь)[и5
На основе неводного кондуктометрического титрования установлено существование на поверхности компонентов системы Ш5Ь-2аТе, экспонированных на воздухе, по крайней мере, трех типов кислотных центров (льюис овских и бренстедовских)
С увеличением содержания в системе 2пТе уменьшается концентрация бренстедов-ских кислотных ыенгров. рассчитанная по второму и третьему пикам дифференциальных кривых кондуктометрггческого титрования (рис. 2).
Весьма интересными оказались ПК-спектроскопические исследования поверхности компонентов системы Оа$Ь-2пТе. подвергнутых диспергированию и воздействию сред. Так. в ИК-спектрах, снятых после диспергирования компонентов в иэопропиловом спирте, наблюдается появление новой полосы поглощения с максимумом 1650 см"1, соответствующей деформационным колебаниям ОН-групп образующейся воды (Зон)- При этом происходит уменьшение интенсивности поглощения в области 3200-3500 см"", соответствующей валентным колебаниям ОН-групп изо-С^НтОН. На протекание процесса дегидратации указывает также наличие в спектре двух полос поглощения при 1638 и 1830 см'1, соответствующих колебаниям групп К-СН=СНз, молекулы пропилена.
Ас/А\\ См'1-™"1
Рнс. 2. Дифференциальные кривые кондуктометрического титрования компонентов системы СйЗЬ-2лТе7 экспонированных на воздухе: 1 -СайЬ. 2 - ((ЗэЯ^ирзРпТе)^ 3 - (Оа$Ъ)опИ)(2пТе)оп]о
Различная интенсивность полосы поглощения деформационных колебаний воды позволяет судить о неодинаковой относительной каталитической активности компонентов системы Оа5Ъ-2пТе в реакции дегндратапии изопропшювого спирта. Действительно, отмечаем: каталитическая активность минимальна у 2пТе и возрастает с увеличением содержания в системе Са5Ъ. Максимальная каталитическая активность приходится на твердый раствор состава (ОайЬ)о,Р5(2пТе)о,о5
Адсорбционные свойства
Величины адсорбции исследуемых газов (КНз, СО. О2) имеют порядок 10~4 моль/м\ увеличиваясь с ростом температуры и начального давления.
Согласно результатам анализа опытных зависимостей а = £ (Т), «т = f (р), ат = £ (т), расчетов термодинамических (теплот адсорбции, изменения энтропии адсорбции) и кинетических (энергии активации ад со опии) характеристик адсорбции, взаимодействие молекул ИНз. СО, О2 с поверхностью компонентов системы Оа5Ь-2пТе имеет химическую природу.
Такой вывод более наглядно подтверждают ИК-спектры. снятые в условиях адсорбции газов.
Так, при адсорбции аммиака в ИК-спектрах были обнаружены три серии полос поглощения: 3336. 1626, 1300 см"1; 3425, 3330, 1632 см"1 и 3345, 3280, 1570 см"1, отнесенные соответственно к газообразному аммиаку, колебаниям связи N-11 в молекулах физически адсорбированного аммиаха, образующих сильные водородные связи с поверхностными гидро-
ксильными группами (очень широкие интенсивные полосы поглошения в области 3400-3600 см"1); колебаниям связи N-4 в молекулах аммиака, связанных координационными связями с электроно-акцепторными центрами типа кислот Льюиса на поверхности компонентов изучаемой системы.
При адсорбции оксида углерода (П) (Т=343 К, р=1037104 Па) в ИК-спекграх появляется полоса поглощения в области 2090-2110 см"", характерная для линейных карбонилов металлов [4]. При этом адсорбированные молекулы СО оказывают акцепторное действие на проводимость полупроводника-адсорбента. С увеличением температуры до 383 К происходит смещение максимума полосы поглощения в области 2140 см-1 и смена влияния адсорбированных молекул СО на проводимость: с акцепторного на донорное. При температурах выше 383 К в ИК-спекгре появляется слабая полоса поглошения в области 2180-2190 см" .
Таким образом, показаны возможности ИК-спектроскопического метода, применение которого, не сопровождающееся нарушением и. тем более, разрушением поверхности, позволяет непосредственно наблюдать за состоянием поверхности и его изменением в тех или иных условиях.
Библиографический список
1. Кировская, И. А. Твердые растворы бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем : монография / И. А. Кировская. - Омск : ОмГТУ, 2010. - 400 с
2_ Кировская. И. А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Адсорбция газов. / И. А. Кировская. - Иркутск : ИГУ, 1984. - 136 с.
3. Кировская, И. А. Кислотно-основные свойства поверхности твердых растворов и бинарных компонентов системы Са5Ь-2пТе / И. А. Кировская, Л. В. Новгородцев а // Динамика систем, механизмов и машин. - Омск : ОмГТУ, 2002. -№2-С. 255-257.
4. Лигтл, Л. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул. / Л. Лигтл -М. : Мир, 1969.-514 с.
291
