Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему Электронные свойства поверхности

Содержание

Теория функционала плотности основывается на теореме, сформулированной Хохенбергом и Коном, которая гласит, что полная энергия системы (например, кристалла или его поверхности) полностью определяется распределением электронной плотности n(r) в его основном состоянии. Более того, можно определить функционал
Кафедра ВЭПТ«Основы физики поверхности и тонких пленок»Лекция 7Тема: Электронные свойства поверхности - Теория функционала плотности основывается на теореме, сформулированной Хохенбергом и Коном, которая гласит, Распределение электронной плотности n(r), которое минимизирует функционал энергии Е[n(r)], находится как самосогласованное Рис. 1. Профиль электронной плотности у поверхности в модели желе для двух Давайте применим модель желе для задачи поверхности. Для полубесконечной поверхности с направлением Модель желе.Рис. 2. СТМ изображение (500x500 А2) в режиме постоянного тока от Поверхностные состоянияРис. 3. а - Одномерный модельный потенциал полубесконечной решетки. Два типа Таммовские состоянияЕсли кристалл ограничен поверхностью, то периодичность решетки нарушается (по крайней мере Поверхностные состояния Шокли можно объяснить неспаренными связями атомов, находящихся на поверхности. Например, Поверхностная проводимостьРис. 4. Схематическая иллюстрация изгиба зон у поверхности полупроводника,а, б - Рис. 5. Изменение поверхностной проводимости и картин ДМЭ как функция температуры отжига. Рис. 6. Сопротивление образца Si (111)7x7, измеренное	четырех-зондовым методом, как функция	расстояниямежду зондами. Вставки «Профили» сопротивления на поверхностях б - Si(111)31/2x31/2-Ag; в - Si( 111)7x7, измеренные Работа выходаРис. 8. Энергетическая схема электронных уровней металла в модели свободных электронов. Рис. 9. Общий вид эквипотенциальных линий двойного электрического слоя. Если центр этого Таблица 1. Экспериментальные величины работы выхода для некоторых металлов Рис. 10. Изменения работы выхода, вызванные адсорбцией,а - хлора; б - цезия Рис. 11. Схематическая зонная диаграмма для поверхности полупроводника, ф - работа выхода, Полевая эмиссия. Рис. 10. Диаграмма потенциальной энергии для электрона вблизи поверхности металла Плотность тока j для этого процесса описывается выражением Фоулера-Нордгейма:где F - это Термоэлектронная эмиссия. Плотность термоэлектронного тока j с однородной поверхности металла при температуре Фотоэлектронная эмиссия. Фототок насыщения из однородного металла при температуре Т описывается выражением
Слайды презентации

Слайд 2 Теория функционала плотности основывается на теореме, сформулированной Хохенбергом

Теория функционала плотности основывается на теореме, сформулированной Хохенбергом и Коном, которая

и Коном, которая гласит, что полная энергия системы (например,

кристалла или его поверхности) полностью определяется распределением электронной плотности n(r) в его основном состоянии. Более того, можно определить функционал энергии Е = Е[n(r)], обладающий тем свойством, что он имеет минимум, когда n(r) соответствует распределению плотности в основном состоянии.

Функционал плотности.

Обычно Е[n(r)] представляют в виде суммы трех членов: кинетической энергии Т, электростатической (или кулоновской) энергии U и обменно-корреляционного члена Ехс:
E[n(r)] = T + U + Exc.


Слайд 3 Распределение электронной плотности n(r), которое минимизирует функционал энергии

Распределение электронной плотности n(r), которое минимизирует функционал энергии Е[n(r)], находится как

Е[n(r)], находится как самосогласованное решение системы одноэлектронных уравнений шредингеровского

типа (называемых уравнениями Кона-Шэма:

Искомая электронная плотность находится по одноэлектронным волновым функциям как:

Функционал плотности.


Слайд 4 Рис. 1. Профиль электронной плотности у поверхности в

Рис. 1. Профиль электронной плотности у поверхности в модели желе для

модели желе для двух значений плотности положительного фона: rs

= 2 (сплошная линия) моделирует Аl и rs = 5 (пунктирная линия) моделирует Cs. Расстояние дано в единицах длины волны Ферми, которая равна 3,45 А для rs = 2 и 8,65 А для rs = 5.

rs - безразмерная величина (среднее расстояние между электронами)

Модель желе.


Слайд 5 Давайте применим модель желе для задачи поверхности. Для

Давайте применим модель желе для задачи поверхности. Для полубесконечной поверхности с

полубесконечной поверхности с направлением z вдоль нормали к поверхности

распределение положительного заряда n+(r) имеет вид ступени при z = 0, то есть

Плотность электронов должна удовлетворять следующим условиям:

Модель желе.


Слайд 6 Модель желе.
Рис. 2. СТМ изображение (500x500 А2) в

Модель желе.Рис. 2. СТМ изображение (500x500 А2) в режиме постоянного тока

режиме постоянного тока от поверхности Cu(111), полученное при положительном

потенциале на образце 0,1 В. Ясно видны осцилляции Фриделя поверхностной плотности электронов около ступеней и точечных дефектов. Вертикальный масштаб изображения сильно растянут, чтобы осцилляции Фриделя были видны более четко .

Слайд 7 Поверхностные состояния
Рис. 3.
а - Одномерный модельный потенциал

Поверхностные состоянияРис. 3. а - Одномерный модельный потенциал полубесконечной решетки. Два

полубесконечной решетки. Два типа волновых функций в полубесконечном кристалле,


б - объемные состояния;
в - поверхностные состояния.

Слайд 8 Таммовские состояния
Если кристалл ограничен поверхностью, то периодичность решетки

Таммовские состоянияЕсли кристалл ограничен поверхностью, то периодичность решетки нарушается (по крайней

нарушается (по крайней мере а направлении, перпендикулярном к поверхности).

При этом оказываются разрешенными и такие значения энергии, которые попадают в запрещенные зоны. Это и есть таммовские поверхностные уровни. Электрон в таммовском состоянии напоминает поплавок на поверхности воды: он может свободно двигаться вдоль поверхности, но не способен ни уйти в глубь твердого тела, ни выйти из тела наружу. Электроны как бы прилипают к поверхности. Такое поведение электронов в поверхностных состояниях описывается волновой функцией (жирная кривая), экспоненциально спадающей в глубь кристалла. Пунктирная кривая изображает потенциальную энергию электрона в кристалле. Из хода этой кривой видно, что для того, чтобы оказаться в вакууме, электрону необходимо преодолеть потенциальный барьер. Для простоты на рисунке не показан изгиб зон вблизи поверхности.

Слайд 9 Поверхностные состояния Шокли можно объяснить неспаренными связями атомов,

Поверхностные состояния Шокли можно объяснить неспаренными связями атомов, находящихся на поверхности.

находящихся на поверхности. Например, при расколе кристалла создававшие эти

связи электронные пары распадаются на независимые электроны, каждый из которых остается в своем атоме. Энергии «одиноких» электронов больше, чем у электронов, образующих ковалентные связи, и поэтому могут попасть в одну из запрещенных зон. Но такие энергии, как мы видели, соответствуют таммовским состояниям. Этот пример показывает, что таммовские состояния и поверхностные состояния Шокли – два частных случая одного и того же явления: перестройки электронной структуры кристалла поверхностью. Таммовские состояния отвечают такой модели кристалла, когда электронные волны проходят через него, лишь слегка «цепляясь» за атомы, почти как в пустом пространстве. В противоположность этой модели «квазисвободных» электронов, состояния Шокли соответствуют сильной связи с атомами, когда зонное движение электронов по кристаллу возникает лишь благодаря их перескокам с одной связи на другую.

состояния Шокли


Слайд 10 Поверхностная проводимость
Рис. 4. Схематическая иллюстрация изгиба зон у

Поверхностная проводимостьРис. 4. Схематическая иллюстрация изгиба зон у поверхности полупроводника,а, б

поверхности полупроводника,
а, б - n-типа; е, г - р-типа.

Рис. а и в иллюстрируют неравновесную ситуацию. Рис. б и г показывают изгиб зон при равновесии. Ес и Еv — края зоны проводимости и валентной зоны, Ef — энергия Ферми, Ed и Еа - энергии объемных донорных и акцепторных уровней.
Qss = -Qsc - заряды, накопленные на поверхности и в слое пространственного заряда. eVs = ev (z = 0) обозначает изгиб зон.

Слайд 11 Рис. 5. Изменение поверхностной проводимости и картин ДМЭ

Рис. 5. Изменение поверхностной проводимости и картин ДМЭ как функция температуры

как функция температуры отжига. Измерения проводились при 300 К

после каждого шага изохронного отжига.

для слоевой проводимости g полупроводника:

встроенный потенциал v(z) внутри слоя пространственного заряда имеет вид:

где ε - диэлектрическая постоянная полупроводника, a z - расстояние от поверхности.


Слайд 12
Рис. 6. Сопротивление образца Si (111)7x7, измеренное четырех-
зондовым методом, как функция расстояния
между

Рис. 6. Сопротивление образца Si (111)7x7, измеренное	четырех-зондовым методом, как функция	расстояниямежду зондами.

зондами. Вставки схематически показывают распределение тока в образце при

использовании четырехзондового метода при различных расстояниях между зондами. Серой сплошной полосой показана расчетная зависимость для полубесконечного образца R = ρ/2πd с удельным сопротивлением ρ = 5-15 Ом·см

Слайд 13 «Профили» сопротивления на поверхностях б - Si(111)31/2x31/2-Ag; в

«Профили» сопротивления на поверхностях б - Si(111)31/2x31/2-Ag; в - Si( 111)7x7,

- Si( 111)7x7, измеренные с помощью микрозондов (расстояние между

зондами 8 мкм) поперек макроступеней. Морфология поверхности образцов изображена схематически в нижней части графиков. Сопротивление, измеренное поперек ступени, много выше, чем измеренное на террасе без ступеней.

Рис. 7. а - СЭМ изображение микрозондов в контакте с поверхностью. Более яркие полоски на поверхности образца соответствуют макроступеням, более широкие темные полосы террасам.


Слайд 14 Работа выхода
Рис. 8. Энергетическая схема электронных уровней металла

Работа выходаРис. 8. Энергетическая схема электронных уровней металла в модели свободных

в модели свободных электронов. ЕF — есть энергия Ферми:

ф — работа выхода: W — глубина потенциальной ямы, в которой находятся валентные электроны твердого тела.

- сила изображения


Слайд 15 Рис. 9. Общий вид эквипотенциальных линий двойного электрического

Рис. 9. Общий вид эквипотенциальных линий двойного электрического слоя. Если центр

слоя. Если центр этого слоя принять за плоскость поверхности,

то она должна совпадать с положением потенциальной ступеньки.

Слайд 16 Таблица 1. Экспериментальные величины работы выхода для некоторых

Таблица 1. Экспериментальные величины работы выхода для некоторых металлов

металлов


Слайд 17 Рис. 10. Изменения работы выхода, вызванные адсорбцией,
а -

Рис. 10. Изменения работы выхода, вызванные адсорбцией,а - хлора; б -

хлора; б - цезия на поверхности Cu(111). Работа выхода

чистой поверхности Cu(111) составляет 4,88 эВ.

Слайд 18 Рис. 11. Схематическая зонная диаграмма для поверхности полупроводника,

Рис. 11. Схематическая зонная диаграмма для поверхности полупроводника, ф - работа

ф - работа выхода, χ - сродство к электрону,

eVs - изгиб зон, Еv - потолок валентной зоны, ЕC - дно зоны проводимости, a Ef - уровень Ферми

Работа выхода полупроводников


Слайд 19 Полевая эмиссия.
Рис. 10. Диаграмма потенциальной энергии для

Полевая эмиссия. Рис. 10. Диаграмма потенциальной энергии для электрона вблизи поверхности

электрона вблизи поверхности металла в присутствии внешнего электрического поля,

напряженности F. Суммарный потенциал (показан сплошной линией) равен сумме потенциала изображения (показан пунктирной линией) и потенциала приложенного поля (показан штриховой линией), ф - работа выхода в отсутствие приложенного поля. Уменьшение потенциала на величину δф из-за эффекта Шотки отмечено, z0 - положение максимума суммарного потенциала.

Слайд 20 Плотность тока j для этого процесса описывается выражением

Плотность тока j для этого процесса описывается выражением Фоулера-Нордгейма:где F -

Фоулера-Нордгейма:
где F - это приложенное напряжение в В /см,

φ - работа выхода металла в эВ, а t(ξ) и f(ξ) - медленно меняющиеся функции безразмерного параметра ξ.

Слайд 21 Термоэлектронная эмиссия.
Плотность термоэлектронного тока j с однородной

Термоэлектронная эмиссия. Плотность термоэлектронного тока j с однородной поверхности металла при

поверхности металла при температуре Т описывается выражением Ричардсона-Дэшмана:
где
а

m и е - масса и заряд электрона, соответственно, h - постоянная Планка, а kв - постоянная Больцмана.

Таблица 2. Величины работы выхода некоторых граней кристалла вольфрама, определенные в экспериментах по полевой эмиссии и термоэлектронной эмиссии.


  • Имя файла: elektronnye-svoystva-poverhnosti.pptx
  • Количество просмотров: 220
  • Количество скачиваний: 0