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Surface Microscopy of Atomic and Molecular Hydrogen from Field-Evaporating Semiconductors

Authors :
Enrico Di Russo
Alexander Karg
Lorenzo Rigutti
François Vurpillot
Martin Eickhoff
Ivan Blum
Ludovic Largeau
Jonathan Houard
Williams Lefebvre
Noelle Gogneau
Florian Chabanais
Groupe de physique des matériaux (GPM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)
Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universität Bremen
Source :
Journal of Physical Chemistry C, Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2021, 125 (31), pp.17078-17087. ⟨10.1021/acs.jpcc.1c04778⟩, Journal of Physical Chemistry C, 2021, 125 (31), pp.17078-17087. ⟨10.1021/acs.jpcc.1c04778⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; We report on the microscopic behavior of residual hydrogen on nanometric field emitters. By using homogeneous or heterostructured semiconductor specimens analyzed in a laser-assisted atom probe, it is possible to study how the relative abundances of the ionic species H+, H2+, and H3+ depend on the microscopic electric field, estimated through post-ionization statistics. In the case of Ga-containing semiconductors, the relative abundances of H+, H2+, and H3+ follow a common trend, independent of the nonmetallic component of the matrix. The dependence of the total H flux on the electric field exhibits a more complex behavior, which depends also on the spatial direction of the variation of the field (in-depth or on-surface). The analysis of multiple detection events provides further insights into surface chemistry. Noticeably, H+–H3+ ion pairs are both correlated in number and separated by very small distances on the detector space, suggesting a possible reaction 2H2 → H3++H++2e– taking place on the field emitter surface.

Details

Language :
English
ISSN :
19327447 and 19327455
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Physical Chemistry C, Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2021, 125 (31), pp.17078-17087. ⟨10.1021/acs.jpcc.1c04778⟩, Journal of Physical Chemistry C, 2021, 125 (31), pp.17078-17087. ⟨10.1021/acs.jpcc.1c04778⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5ef304fb97f72e75143c56c7f26364e7