Инфоурок Другое ПрезентацииЭлектронные свойства поверхности

Электронные свойства поверхности

Скачать материал
Скачать материал "Электронные свойства поверхности"

Получите профессию

Экскурсовод (гид)

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 3 месяца

Бренд-менеджер

Описание презентации по отдельным слайдам:

  • 1Кафедра ВЭПТ«Основы физики поверхности и тонких пленок»Лекция 7Тема: Электро...

    1 слайд

    1
    Кафедра ВЭПТ
    «Основы физики поверхности и тонких пленок»
    Лекция 7
    Тема: Электронные свойства поверхности

    - Функционал плотности.
    - Модель желе.
    - Поверхностные состояния.
    - Электронная структура поверхности.
    - Поверхностная проводимость.
    - Эмиссия электронов и работа выхода.
    - Взрывная эмиссия.

  • Теория функционала плотности основывается на теореме, сформулированной Хохенб...

    2 слайд

    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 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.

  • Распределение электронной плотности n(r), которое минимизирует функционал эне...

    3 слайд

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

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

    4 слайд

    Рис. 1. Профиль электронной плотности у поверхности в 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.

  • Давайте применим модель желе для задачи поверхности. Для полубесконечной пове...

    5 слайд

    Давайте применим модель желе для задачи поверхности. Для 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.

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

    6 слайд

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

  • Поверхностные состоянияРис. 3. 
а - Одномерный модельный потенциал полубескон...

    7 слайд

    Поверхностные состояния
    Рис. 3.
    а - Одномерный модельный потенциал полубесконечной решетки. Два типа волновых функций в полубесконечном кристалле,
    б - объемные состояния;
    в - поверхностные состояния.

  • Таммовские состоянияЕсли кристалл ограничен поверхностью, то периодичность ре...

    8 слайд

    Таммовские состояния
    Если кристалл ограничен поверхностью, то периодичность решетки 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.

  • Поверхностные состояния Шокли можно объяснить неспаренными связями атомов, на...

    9 слайд

    Поверхностные состояния Шокли можно объяснить неспаренными связями атомов, 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

  • Поверхностная проводимостьРис. 4. Схематическая иллюстрация изгиба зон у пове...

    10 слайд

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

  • Рис. 5. Изменение поверхностной проводимости и картин ДМЭ как функция темпера...

    11 слайд

    Рис. 5. Изменение поверхностной проводимости и картин ДМЭ 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.

  • Рис. 6. Сопротивление образца Si (111)7x7,измеренное	четырех-
зондовым метод...

    12 слайд

    Рис. 6. Сопротивление образца Si (111)7x7,
    измеренноечетырех-
    зондовым методом, как
    функциярасстояния
    между 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

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

    13 слайд

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

  • Работа выходаРис. 8. Энергетическая схема электронных уровней металла в модел...

    14 слайд

    Работа выхода
    Рис. 8. Энергетическая схема электронных уровней металла в модели свободных электронов. ЕF — есть энергия Ферми: ф — работа выхода: W — глубина потенциальной ямы, в которой находятся валентные электроны твердого тела.
    - сила изображения

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

    15 слайд

    Рис. 9. Общий вид эквипотенциальных линий двойного электрического слоя. Если центр этого слоя принять за плоскость поверхности, то она должна совпадать с положением потенциальной ступеньки.

  • Таблица 1. Экспериментальные величины работы выхода для некоторых металлов

    16 слайд

    Таблица 1. Экспериментальные величины работы выхода для некоторых металлов

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

    17 слайд

    Рис. 10. Изменения работы выхода, вызванные адсорбцией,
    а - хлора; б - цезия на поверхности Cu(111). Работа выхода чистой поверхности Cu(111) составляет 4,88 эВ.

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

    18 слайд

    Рис. 11. Схематическая зонная диаграмма для поверхности полупроводника, 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

  • Полевая эмиссия. Рис. 10. Диаграмма потенциальной энергии для электрона вблиз...

    19 слайд

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

  • Плотность тока j для этого процесса описывается выражением Фоулера-Нордгейма:...

    20 слайд

    Плотность тока j для этого процесса описывается выражением 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.

  • Термоэлектронная эмиссия. Плотность термоэлектронного тока j с однородной пов...

    21 слайд

    Термоэлектронная эмиссия.
    Плотность термоэлектронного тока j с однородной 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.

  • Фотоэлектронная эмиссия. Фототок насыщения из однородного металла при темпера...

    22 слайд

    Фотоэлектронная эмиссия.
    Фототок насыщения из однородного металла при температуре Т описывается выражением Фоулера:
    где В - параметр, зависящий от материала, а f - универсальная функция Фоулера.

Получите профессию

Секретарь-администратор

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 625 843 материала в базе

Скачать материал

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 09.05.2020 220
    • PPTX 1 мбайт
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Фоменко Надежда Ивановна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Фоменко Надежда Ивановна
    Фоменко Надежда Ивановна
    • На сайте: 3 года и 3 месяца
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 87690
    • Всего материалов: 226

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Интернет-маркетолог

Интернет-маркетолог

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Специалист в области охраны труда

72/180 ч.

от 1750 руб. от 1050 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 40 человек из 19 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

Педагог-библиотекарь

300/600 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 458 человек из 66 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Руководство электронной службой архивов, библиотек и информационно-библиотечных центров

Начальник отдела (заведующий отделом) архива

600 ч.

9840 руб. 5900 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Психология сиблингов в семейной структуре

3 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

GR-технологии и взаимодействие с СМИ

2 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Методы и подходы проведения трекинга и менторства

3 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе