Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом

Обнаружена генерация продольной хемомагнитоэлектрической э.д.с. в полупроводниковых монокристаллических пластинах ІnР, размещенных во внешнем магнитном поле, при протекании на их поверхности гетерогенной химической реакции (рекомбинации атомов водорода, поступающих с газовой фазы). Исследованы завис...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Стыров, В.В., Симченко, С.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2011
Schriftenreihe:	Физическая инженерия поверхности
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76172
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 72–76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-76172
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-761722015-02-09T03:02:02Z Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом Стыров, В.В. Симченко, С.В. Обнаружена генерация продольной хемомагнитоэлектрической э.д.с. в полупроводниковых монокристаллических пластинах ІnР, размещенных во внешнем магнитном поле, при протекании на их поверхности гетерогенной химической реакции (рекомбинации атомов водорода, поступающих с газовой фазы). Исследованы зависимости величины хемомагнитной э.д.с. от температуры образца, величины магнитного поля и потока атомов на образец. Данную систему можно использовать для создания устройств, превращающмх энергию химической реакции в электрический сигнал (например, химических сенсоров). Виявлена генерація повздовжньої хемомагнітоелектричної е.р.с. в напівпровідникових монокристалічних пластинках InP, розміщених в зовнішньому магнітному полі, при протіканні на їх поверхні гетерогенної хімічної реакції (рекомбінації атомів водню, що надходять з газової фази). Досліджені залежності величини хемомагнітної е.р.с. від температури зразка, величини магнітного поля та потоку атомів на зразок. Дану систему можна використовувати для створення пристроїв, які перетворюють енергію хімічної реакції в електричний сигнал (наприклад, хімічних сенсорів). Production of transverse chemomagnetoelectromotive force (e.m.f.) is discovered in the single crystal InP wafer placed in an external magnetic field due to energy released in heterogeneous chemical reаction which proceeds on the surface (recombination of hydrogen atoms impinging on the surface from the gas phase). The dependence of e.m.f. on the sample temperature, the value of the magnetic field and the hydrogen atomic flux on the surface is examined. The chemomagnetoelectric effect on InP can be used for conversion of chemical energy into electricity (e.g. in chemical sensors applications). 2011 Article Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 72–76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76172 621.382 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Обнаружена генерация продольной хемомагнитоэлектрической э.д.с. в полупроводниковых монокристаллических пластинах ІnР, размещенных во внешнем магнитном поле, при протекании на их поверхности гетерогенной химической реакции (рекомбинации атомов водорода, поступающих с газовой фазы). Исследованы зависимости величины хемомагнитной э.д.с. от температуры образца, величины магнитного поля и потока атомов на образец. Данную систему можно использовать для создания устройств, превращающмх энергию химической реакции в электрический сигнал (например, химических сенсоров).
format	Article
author	Стыров, В.В. Симченко, С.В.
spellingShingle	Стыров, В.В. Симченко, С.В. Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом Физическая инженерия поверхности
author_facet	Стыров, В.В. Симченко, С.В.
author_sort	Стыров, В.В.
title	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
title_short	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
title_full	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
title_fullStr	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
title_full_unstemmed	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
title_sort	поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76172
citation_txt	Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 1. — С. 72–76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT styrovvv poperečnaâhemomagnitnaâédsvfosfideindiâprivzaimodejstviisatomarnymvodorodom AT simčenkosv poperečnaâhemomagnitnaâédsvfosfideindiâprivzaimodejstviisatomarnymvodorodom
first_indexed	2025-07-06T00:37:17Z
last_indexed	2025-07-06T00:37:17Z
_version_	1836855840277004288
fulltext	72 ВВЕДЕНИЕ Данная работа посвящена исследованию хе- момагнитоэлектрического эффекта (ХМЭЭ) при протекании поверхностной реакции ре- комбинации атомов водорода на кристаллах фосфида индия1, помещённых во внешнее магнитное поле. ХМЭЭ состоит в возник- новении в кристалле э.д.с., называемой хемо- магнитоэлектрической или хемомагнитной э.д.с., в направлении, поперечном, как по от- ношению к потоку атомов, так и направлению вектора индукции магнитного поля, рис. 1. Эффект вызван генерацией на поверхности полупроводника электронно-дырочных пар за счёт экзотермического эффекта реакции и разделения их магнитным полем в процессе УДК 621.382 ПОПЕРЕЧНАЯ ХЕМОМАГНИТНАЯ Э.Д.С. В ФОСФИДЕ ИНДИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С АТОМАРНЫМ ВОДОРОДОМ В.В. Стыров 1,2,3, С.В. Симченко1 1Приазовский государственный технический университет (Мариуполь) Украина 2Бердянский государственный педагогический университет Украина 3Физико-математическая школа “Университет” (Мариуполь) Украина Поступила в редакцию 01.03.2011 Обнаружена генерация продольной хемомагнитоэлектрической э.д.с. в полупроводниковых монокристаллических пластинах ІnР, размещенных во внешнем магнитном поле, при про- текании на их поверхности гетерогенной химической реакции (рекомбинации атомов водорода, поступающих с газовой фазы). Исследованы зависимости величины хемомагнитной э.д.с. от температуры образца, величины магнитного поля и потока атомов на образец. Данную систему можно использовать для создания устройств, превращающмх энергию химической реакции в электрический сигнал (например, химических сенсоров). Ключевые слова: хемомагнитоэлектрический эффект, генерация неравновесных электронно- дырочных пар, продольная э.д.с., ІnР, преобразование химической энергии в электрическую в полупроводниках, химические сенсоры. Виявлена генерація повздовжньої хемомагнітоелектричної е.р.с. в напівпровідникових моно- кристалічних пластинках InP, розміщених в зовнішньому магнітному полі, при протіканні на їх поверхні гетерогенної хімічної реакції (рекомбінації атомів водню, що надходять з газової фази). Досліджені залежності величини хемомагнітної е.р.с. від температури зразка, величини магнітного поля та потоку атомів на зразок. Дану систему можна використовувати для створення пристроїв, які перетворюють енергію хімічної реакції в електричний сигнал (наприклад, хі- мічних сенсорів). Ключові слова: хемомагнітоелектричний эфект, генерація нерівноважних електронно-діркових пар, повздовжня е.р.с., InP, перетворення хімічної енергії в електричну в напівпровідниках, хімічні сенсори. Production of transverse chemomagnetoelectromotive force (e.m.f.) is discovered in the single crystal InP wafer placed in an external magnetic field due to energy released in heterogeneous chemical reа- ction which proceeds on the surface (recombination of hydrogen atoms impinging on the surface from the gas phase). The dependence of e.m.f. on the sample temperature, the value of the magnetic field and the hydrogen atomic flux on the surface is examined. The chemomagnetoelectric effect on InP can be used for conversion of chemical energy into electricity (e.g. in chemical sensors applica- tions). Keywords: chemomagnetoelectric effect, generation of nonequilibrium electron-hole pairs, longi- tudinal e.m.f., InP, chemical energy-to-electricity conversion, chemical sensors. 1Благодарим Витер А.И. за любезное предоставление образцов.  Стыров В.В., Симченко С.В., 2011 73ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1 последующего диффузионного перемещения в глубь образца [1 – 6]. ХМЭЭ, таким обра- зом, является поверхностным аналогом фото- магнитоэлектрического эффекта [7] при “хи- мическом” возбуждении полупроводника. Обсуждаемый эффект основан на неадиаба- тических электронных переходах в гетеро- генных химических реакциях [6]. ХМЭЭ да- ёт способ прямого преобразования химичес- кой энергии в электрическую на полупровод- никах. До настоящего времени была известна только одна система, германий-атомарный водород, в которой наблюдался ХМЭЭ [1 – 6]. Важной научной и прикладной задачей яв- ляется поиск других полупроводниковых материалов (и химических реакций), в кото- рых наблюдается обсуждаемый эффект. InP имеет широкое применение в совре- менной электронике. С точки зрения ХМЭЭ он характеризуется более благоприятным, по сравнению с ранее исследованной системой Ge-атомарный водород [6], соотношением ширины запрещённой зоны (1.35 эВ при 300 К) и теплоты реакции Н + Н (∼ 4 эВ), по- скольку КПД преобразования химической энергии в электрическую возрастает по мере сближения энергетического эффекта реакции и ширины запрещённой зоны полупроводни- ка [1]. С прикладной точки зрения система атомарный водород-InP представляет инте- рес для её использования в приборах нового класса, например химических сенсорах, пре- образующих энергию поверхностной хими- ческой реакции в электрический сигнал. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ В качестве объекта исследования были взяты монокристаллические пластинки InP* n-типа (поверхность (111)) толщиной 1 мм и разме- рами 2×6 мм. Легирующей примесью служи- ла сера. Концентрация основных носителей в ис- следуемых образцах определялась нами на основе эффекта Холла и лежала в интервале 1020 – 1021 м–3. Под полупроводниковые крис- таллы были изготовлены кристаллодержате- ли в виде печатных плат из фольгированного стеклотекстолита с припаянными тонкоплё- ночными вольфрамовыми микронагревателя- ми и термопарами платина-платина-родий. Образцы устанавливались в кристаллодержа- теле с четырьмя поджимными медными кон- тактами (1 – 4) по типу холловских, рис. 1, залуженными индием. Для предотвращения шунтирования полупроводника вольфрамо- вым нагревателем между ним и образцом прокладывались тонкие пластинки слюды. Между контактами и образцом кратковре- менно подавался формовочный импульс тока ∼ 0,5 А, что обеспечивало стабильность элект- рического контакта в процессе эксперимен- тов. После формовки снимались вольт-ам- перные характеристики системы при смене полярности подключения контактов к источ- нику тока, рис. 2. Полученные линейные вольт-амперные характеристики контактов при обеих полярностях, а также отсутствие фото-эдс в контактной области свидетельст- вуют о высокой степени их омичности. Образец InP в кристаллодержателе поме- щался в разрез магнитопровода электромаг- нита. Последний устанавливался в вакуум- ную реакционную ячейку, в которую подавал- ся атомарный водород. Атомы водорода по- Рис. 1. Принципиальная схема измерений хемомаг- нитоэлектрического эффекта на монокристалле InP (объяснения в тексте). Рис. 2. Вольт-амперные характеристики контактов к образцу (Контакты 1-2 ; 3-4 на рис. 1). В.В. СТЫРОВ, С.В. СИМЧЕНКО 74 ПОПЕРЕЧНАЯ ХЕМОМАГНИТНАЯ Э.Д.С. В ФОСФИДЕ ИНДИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С АТОМАРНЫМ ВОДОРОДОМ лучали при диссоциации Н2 в высокочас- тотном разряде в трубке Вуда (генератор УВЧ-66, 40 Мгц, 20 Вт). От области разряда к рабочей камере с измерительной ячейкой атомы проходили диффузионный путь около 25 см. Для контроля потока атомов на обра- зец, вблизи полупроводника укреплялся пла- тиновый проволочный изотермический мик- рокалориметр [8, 9]. Эксперимент проводили при потоках атомов 1021 – 1022 м–2⋅с–1. Натека- ние молекулярного водорода в реакционную ячейку регулировали вакуумным вентилем и регистрировали по показаниям вакуумметра ВИТ-2 (лампа ПМТ-2). На магистрали пода- чи атомов в ячейку располагались два рога Вуда для поглощения рассеянного света газо- вого разряда. Металлические части всей кон- струкции и её крепления в вакуумной камере были защищены фторопластовой лентой от нежелательной рекомбинации атомов водо- рода на их поверхности. Перед измерениями образец выдерживали в вакууме 10-4 Па и прогревали до темпера- туры 380 К в атомарном водороде с целью де- сорбции остаточной влаги и адсорбирован- ных молекул с поверхности полупроводника. Измерения проводились в интервале температур образца 290 – 350 К. Регулировку магнитного поля осуществляли током в ка- тушке электромагнита. Величину поля изме- ряли прибором для измерения магнитной индукции Ш1-8. Холловскую и хемомагнит- ную э.д.с. регистрировали при помощи уси- лителя У5-11 и наблюдали по показаниям микровольтметра. Для последующей обра- ботки экспериментальных данных сигнал хемомагнитной э.д.с. подавали на плату ин- струментального аналогово-цифрового пре- образователя (АЦП) (производства National Instrument) с последующей записью на жёст- кий диск компьютера. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ В наших опытах при напуске атомов водорода на поверхность образца, находящегося в ма- гнитном поле, появлялась разность потен- циалов на его гранях (рис. 1) в направлении перпендикулярном как к направлению векто- ра В � , так и направлению налетающего на по- верхность потока атомов водорода. При изме- нении направления вектора на противопо- ложное, полярность э.д.с. также меняла знак (нечетный ХМЭЭ). В отсутствие поля хемо- магнитная э.д.с. исчезала. Из рис. 3 видно, что зависимость хемомаг- нитоэлектрической э.д.с. от величины ин- дукции магнитного поля имеет линейный характер, что соответствует теоретическим представлениям [2 – 4]. Аналогичные зави- симости мы наблюдали на исследуемой сис- теме при освещении её светом от лампы на- каливания через портативный монохроматор М-2 (изготовлен по спецзаказу). Хемомагнитная э.д.с. (Ехм) имела максима- льное значение при температуре 300 К и да- лее уменьшалась с ростом температуры об- разца, рис. 4. На графике зависимости Ехм от темпе- ратуры, построенном в координатах lnЕхм – 1/T, рис. 5, можно выделить два характерных линейных участка (в температурном интер- вале 300 – 350 К), с энергиями активации, со- Рис. 3. Зависимость хемомагнитной э.д.с. на InP от индукции поперечного магнитного поля (Т = 300 К, j ∼ 1022 м–2⋅с–1). Рис. 4. Зависимость хемомагнитной э.д.с. на монокри- сталле InP от температуры (В = 0,06 Тл, j ∼ 1022 м–2⋅с–1). ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1 75ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1 ответственно 0,11 и 0,25 эВ. Уменьшение Ехм с ростом температуры, можно связать с уме- ньшением подвижности носителей зарядов из-за термостимулированной перезарядки не- которых рассеивающих центров. Этот эф- фект требует, однако, дополнительных иссле- дований. Нами также измерена зависимость вели- чины Ехм от плотности потока атомов водоро- да j на поверхность полупроводника (рис. 6). В исследованном интервале потоков атомов эта зависимость в хорошем приближении имеет линейный характер, что удобно при использовании исследованной системы в сенсорах атомарного водорода. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Впервые наблюдался хемомагнитоэлектри- ческий эффект в системе InP-атомарный во- дород. Проведённые эксперименты и обнаружен- ная хемомагнитоэлелектрическая э.д.с. одно- значно свидетельствуют о биполярном ха- рактере хемовозбуждения InP в реакции ре- комбинации атомов водорода, то есть рожде- нии электронно-дырочных пар в полупровод- нике в ходе химической реакции на его по- верхности. ХМЭЭ на InP может использо- ваться в детекторах атомарных частиц, а так- же в других устройствах, преобразующих энергию поверхностной химической реакции в электрический сигнал. ЛИТЕРАТУРА 1. Kabansky A.Y., Styrov V.V. A New Means of Chemical Energy Conversion by Semiconduc- tors//In the book “Advanced Materials for Ener- gy Conversion II”/Edd. by Dhanesh Chandra, Renato G. Bautista, Lous Schlapblach. A Pub- lication of TMS, Charlotte, USA. – 2004. – P. 43-51. 2. Савченко Н.М., Горбань А.Н.//Физика и тех- ника полупроводников. – 1976. – Т. 10, № 1. – С. 66. 3. Савченко Н.М., Горбань А.Н., Савченко Н.В. //Укр. физ. журнал. – 1979. – Т. 24, № 7. – С. 996. 4. Стыров В.В., Тюрин Ю.И., Кабанский А.Е.// Физика и техника полупроводников. – 1977. – Т. 11, № 11. –С. 2164. 5. Кабанский А.Е., Стыров В.В.//ЖЭТФ. – 1979. – Т. 76. – С. 1803. 6. Стыров В.В., Тюрин Ю.И. Неравновесные хемоэффекты на поверхности твердых тел. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 507 с. 7. Кикоин И.К., Лазарев С.Д. Фотоэлектромаг- нитный эффект//УФН. – 1978. – Т. 124, Вып. 4. – С. 597. 8. Рогинский С.З. Химическая кинетика и цеп- ные реакции. – М.: Наука, 1966. – 153 с. 9. Wood B.J., Wise H.//J. Phys. Chem. – 1961. – Vol. 65. – P. 1976. LITERATURA 1. Kabansky A.Y., Styrov V.V. A New Means of Chemical Energy Conversion by Semiconduc- tors//In the book “Advanced Materials for Energy Conversion II”/Edd. by Dhanesh Chan- dra, Renato G. Bautista, Lous Schlapblach. A Publication of TMS, Charlotte, USA. – 2004. – P. 43-51. 2. Savchenko N.M., Gorban A.N.//Fizika i tekhnika poluprovodnikov. – 1976. – T. 10, № 1. – S. 66. 3. Savchenko N.M., Gorban A.N., Savchenko N.V. //Ukr. fiz. zhurnal. – 1979. – T. 24, № 7. – S. 996. 4. Styrov V.V., Tyurin Yu.I., Kabanskiy A.E.//Fizika i tekhnika poluprovodnikov. – 1977. – T. 11, № 11. – S. 2164. Рис. 5. Температурная зависимость хемомагнитной э.д.с. в InP (В = 0,06 Тл, j ∼ 1022 м–2с–1). Рис. 6. Зависимость величины хемомагнитной э.д.с. в фосфиде индия от плотности потока атомов водорода (В = 0,06 Тл, Т = 300 К). В.В. СТЫРОВ, С.В. СИМЧЕНКО 76 5. Kabanskiy A.E., Styrov V.V.//ZhETF. – 1979. – T. 76. – S. 1803. 6. Styrov V.V., Tyurin Yu.I. Neravnovesnyye khe- moeffekty na poverkhnosti tverdykh tel. – M.: Energoatomizdat, 2003. – 507 s. 7. Kikoin I.K., Lazarev S.D. Fotoelektromagnitnyy effekt//UFN. – 1978. – T. 124, Vyp. 4. – S. 597. 8. Roginskiy S.Z. Khimicheskaya kinetika i tsep- nyye reaktsii. – M.: Nauka, 1966. – 153 s. 9. Wood B.J., Wise H.//J. Phys. Chem. – 1961. – Vol. 65. – P. 1976. ПОПЕРЕЧНАЯ ХЕМОМАГНИТНАЯ Э.Д.С. В ФОСФИДЕ ИНДИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С АТОМАРНЫМ ВОДОРОДОМ ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 1, vol. 9, No. 1

Поперечная хемомагнитная э.д.с. в фосфиде индия при взаимодействии с атомарным водородом

Institution

Ähnliche Einträge