Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ПОЛЯРНЫХ ГРАНЕЙ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

Наконечников А.В. Блиев А.П.
В настоящее время существуют противоречивые данные по энергетическому спектру полярных граней GaAs. Видимо это связано с недостатками метода ионной бомбардировки, которыми получена атомарно-чистая поверхность. Поэтому для исследования энергетического спектра GaAs, атомарно - чистая поверхность полярных граней в нашем случае была получена сколом в сверхвысоком вакууме, причем замечено, что наилучшее качество исследуемой поверхности получается, когда скалывающие усилия прилагаются в направлении <211>. Методом электронного пучка Андерсона была измерена работа выхода на образцах с дырочной проводимостью. Для грани (111)В она составляла 4,77 эВ, А для грани (111)А - 4,42 эВ. Аналогичные измерения для кристаллов с электронной проводимостью показали, что: для грани (111)В φ=4.62 эВ, а для (111)А φ=4.3 эВ. Таким образом, для образцов обоих типов проводимости разность потенциалов между гранями В и А составляет 0,35± 0,03эВ. Различие в работе выхода электрона для граней А и В, очевидно связано с различием атомной и электронной структуры для этих граней. В частности, это может обуславливаться различным характером поверхностных состояний на гранях А и В арсенида галлия. Различие в работе выхода для граней (111)А и (111)В может быть объяснено и различием в сродстве к электрону для этих граней, которое может быть вызвано разностью электроотрицательностей атомов галлия и мышьяка.

По Полингу электроотрицательность для галлия и мышьяка соответственно равна 1,6 и 2,0, а ионность связи составляет 4%.

Можно предположить, что за счёт разности электроотрицательностей атомов галлия и мышьяка на поверхности полярных граней возникает двойной электрический слой со скачком потенциала. Знак скачка потенциала таков, что отрицательно заряженная обклад­ка двойного слоя находится у атома с большей электроотрицательностью (мышьяка), а положительно заряженная - у атома с меньшей электроотрицательностью (галлия). Этот скачок должен повышать на грани В и понижать на грани А сродство к электрону, то есть соответственно изменять работу выхода электрона.

Величина дипольного момента двойного слоя может быть рассчитана по формуле:

,

где q-эффективный заряд, -дипольное расстояние между центрами зарядов.

Эффективный заряд одной ионной связи для GaAs составляет 0,2е, -рассчитывается из элементарной объёмной ячейки и оказывается равным , где а=5,654 А-постоянная решётки для GaAs. Расчёт дипольного момента с учётом q и , а также 4% ионности связи для GaAs даёт величину 0,2 Дебая. Изменение работы выхода электрона, вызываемое этим дипольным моментом можно оценить по формуле:

где - изменение работы выхода, вызываемое дипольным моментом; е-заряд электрона; =8,85-1014см-2-поверхностная плотность атомов; -дипольный момент; -диэлектрическая постоянная. Расчёт показывает, что =± 0,67эВ. Таким образом, если бы атомы на поверхности занимали положения, эквивалентные объёмным, то разница в работе выхода между гранями А и В, вызываемое дипольным моментом возникающим из-за разности электроотрицательностей атомов галлия и мышьяка составит 1,34эВ. Однако атомы поверхностного слоя претерпевают смещение в направлении перпендикулярном поверхности. Поверхностный атом будет проявлять тенденцию к sр2-гибридизации. Следовательно, на поверхности А атомы галлия немного опустятся, занимая промежуточное положение между sp3 и sp2-конфигурациями связей.

На грани А структура «уплотняется» по сравнению с объёмом, а это должно приводить к уменьшению дипольного момента (так как уменьшается ) и, следовательно, вызываемое им уменьшение работы выхода будет меньше, чем 0,67эВ.

Экспериментально установлено, что «уплотнение» на грани А составляет 16%, а на гране В «разрыхление» составляет 3%, причем смещение атомов на грани В в 1,5-2,5 раза больше, чем на грани А. Тогда на грани А ∆φ= 0,67 эВ, а на грани В ∆φ=0,8 эВ. Следовательно, по расчетным данным контактная разность потенциалов должна составлять 1.34 эВ, а эксперимент показывает, что она равна 0.35 эВ. Следовательно, если бы работа выхода определялась только сродством к электрону, то с учётом «уплотнения» и «разрыхления» граней А и В контактная разность потенциалов ме­жду гранями А и В была бы больше, чем 1,34эВ.

Можно предположить, что уменьшение контактной разности потенциалов связано с наличием поверхностных состояний, имеющих различную природу на гранях А и В. На грани А поверхностные состояния обусловлены «оборванными» связями атомов Ga, элемента III группы. Следовательно, они должны проявлять акцепторный характер и при их заполнении поверхность заряжаться отрицательно, что приводит к изгибу зон вверх. На грани В поверхностные состояния обусловлены «оборванными» связями атомов As, элемента V группы, следовательно, они проявляют донорные свойства, и при их ионизации поверхность будет заряжаться положительно, что приводит к изгибу зон вниз.

Библиографическая ссылка

Наконечников А.В., Блиев А.П. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ПОЛЯРНЫХ ГРАНЕЙ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 6. – С. 39-40;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8625 (дата обращения: 12.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074