ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рис. 56 Схема возникновения акцепторных поверхностных состояний на чистой поверхности полупроводника
Рассмотренные поверхностные состояния возникают на идеально чистой бездефектной поверхности, получить которую
практически невозможно. В реальных условиях поверхностные свойства полупроводников определяются поверхностными
состояниями, созданными главным образом чужеродными атомами (молекулами) на поверхности. На рис. 55,
в показана
зонная структура полупроводника. Вертикальной прямой обозначена одна из свободных его поверхностей. Предположим,
что на этой поверхности химически сорбировалась частица
М. При такой сорбции волновые функции решетки и частицы
перекрываются настолько, что частицу можно рассматривать как примесь, локально нарушающую периодичность
потенциала решетки и приводящую к возникновению в запрещенной зоне поверхностного уровня.
Характер таких уровней зависит от природы поверхности и частиц. Они могут быть акцепторными, донорными и
рекомбинационными (рис. 55,
г). Так, кислород, сорбированный на поверхности германия, создает акцепторные уровни, вода –
донорные. Если уровни Р являются акцепторными, то они захватывают электроны и заряжают поверхность полупроводника
отрицательно с поверхностной плотностью
−
−
−
=σ
ДФ
qNf , где N – число молекул, адсорбированных единицей поверхности
кристалла;
−
−ДФ
f – функция Ферми–Дирака, выражающая вероятность заполнения поверхностных уровней электронами; q –
заряд электрона. Если уровни
Р являются донорными, то они, отдавая электроны кристаллу, заряжают поверхность
полупроводника положительно с плотностью
+
−
+
=σ
ДФ
qNf , где
+
−ДФ
f – вероятность того, что поверхностные уровни
являются пустыми, т.е. частицы
М ионизированы.
При высокой плотности поверхностных состояний они, взаимодействуя друг с другом, могут размыться в
поверхностную зону. Электроны в этой зоне могут двигаться только вдоль поверхности.
10.11 Приповерхностный слой объемного заряда
Заряжение поверхности полупроводника при заполнении поверхностных состояний сопровождается возникновением у
поверхности слоя объемного заряда, нейтрализующего поверхностный заряд. Нейтрализация происходит путем притяжения
к поверхности носителей со знаком заряда, противоположным знаку заряда поверхности, и отталкивания носителей одного
знака. Поэтому поверхностный слой полупроводника оказывается обедненным носителями одного знака со знаком
поверхностного заряда и обогащенным носителями противоположного знака.
Толщина слоя объемного заряда, на протяжении которой происходит нейтрализация поверхностного заряда, зависит от
концентрации носителей. В то время как в металлах, имеющих очень высокую концентрацию носителей (
≈10
28
м
-3
),
нейтрализация происходит уже на расстоянии нескольких параметров решетки, в полупроводниках область
пространственного заряда может простираться на значительную глубину (
≈10
-6
м и более). Обычно ее принимают равной так
называемой дебаевской длине экранирования
Д
L , имеющей следующий смысл:
Д
L представляет собой расстояние, на
протяжении которого потенциал поля в веществе со свободными носителями заряда уменьшается в
e раз. Расчет показывает,
что при небольшом относительном обогащении приповерхностной области полупроводника свободными носителями заряда
21
0
2
0Д
/
)/( nqkTL εε= , (10.22)
где ε – диэлектрическая проницаемость вещества; ε
0
– диэлектрическая проницаемость воздуха; n
0
– концентрация
свободных носителей в нем,
e = 1,22.
Таким образом, у поверхности полупроводника существует область, электрические свойства которой определяются не
объемными концентрациями примеси, а величиной поверхностного заряда. В этой области концентрация носителей может
существенно отличаться от объемной концентрации. Наличие такой области оказывает существенное влияние на многие
свойства полупроводника: электропроводность, работу выхода, фото-э.д.с. и др., а также на параметры приборов.
Заряжение поверхности полупроводника вызывает возникновение разности потенциалов между поверхностью и
объемом полупроводника и, следовательно, искривление энергетических зон. При заряжении поверхности отрицательным
знаком энергетические зоны изгибаются вверх, так как при перемещении электрона из объема на поверхность его
потенциальная энергия увеличивается (рис. 57). При положительном заряжении поверхности зоны изгибаются вниз. Изгиб
простирается вглубь полупроводника примерно на дебаевскую длину экранирования
Д
L
.
При формировании приповерхностной области полупроводника могут встретиться три важных случая: обеднение,
инверсия и обогащение этой области носителями заряда.
Изменять заряжение поверхности полупроводника можно посредством внешнего электрического поля. На рис. 58
приведена принципиальная схема прибора, предназначенного для этой цели. На одну сторону полупроводниковой пластины
П напыляют омический контакт Э, второй электрод М прижимается к противоположной стороне пластины через тонкий
слой диэлектрика Д. На электроды подается внешняя разность потенциалов от источника
V. Меняя величину и знак
потенциалов на электродах Э и М, можно в широких приделах менять величину и знак заряда, индуцируемого на
поверхности полупроводника прижатой к электроду М.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- …
- следующая ›
- последняя »
