Поверхностные состояния

Пусть теперь энергия электрона соответствует одной из запрещенных зон неограниченного кристалла, т. е. k E) является комплексной величиной. Условие конечности волновой функции (7.115) в этом случае будет выполнено, если один нз коэффициентов А или Лг (в зависимости от знака мнимой части k) положить равным нулю. Тогда (7.117) и (7.118) превращаются в два линейных однородных уравнения с двумя неизвестными. Они имеют решение только при таком значении энергии, при котором определитель системы равен нулю. Все остальные значения Е запрещены. Таким образом, ограничение кристалла поверхностью приводит к тому, что в области энергии, соответствующей запрещенной зоне неограниченного кристалла, появляются разрешенные энергетические уровни. Эти состояния, локализованные вблизи поверхности, и получили название поверхностных уровней (состояний). Волновые функции, соответствующие поверхностным состояниям, экспоненциально затухают по мере удаления от поверхности. В области вакуума -ф-функция затухает монотонно, а в об-1G-221 24 f [c.241]

Плотность поверхностных уровней в трехмерном кристалле определяется числом одномерных цепочек атомов, выходящих на единичную площадь поверхности. Она достигает величины 10 — 10 см . Кроме рассмотренных нами уровней, называемых уровнями Тамма, существуют поверхностные состояния, связанные с дефектами, выходящими на поверхность, адсорбированными примесными атомами, и т. п. Их концентрация зависит от условий о б-работки поверхности. [c.242]

Рассмотрим полупроводник, не содержащий примесей и дефектов. Не будем также учитывать влияние поверхностных состояний. При T—QK электропроводность такого полупроводника равна нулю, поскольку в нем нет свободных носителей заряда. Действительно, валентная зона полностью заполнена электронами и не дает никакого вклада в проводимость, а зона проводимости пуста. При Т>ОК возникает вероятность заброса электронов из валентной зоны в зону проводимости (рис. 7.15). В валентной зоне при этом образуются дырки. Ясно, что концентрация электронов п равна концентрации дырок р [c.242]

При высокой плотности поверхностных состояний возможно образование поверхностной двухмерной зоны. Если эта зона заполняется электронами частично, то должна возникнуть поверхностная проводимость металлического типа. В случае металлов она не может конкурировать с большой объемной проводимостью, но в диэлектриках и полупроводниках, особенно приготовленных в виде тонких пленок, поверхностная проводимость может давать существенный вклад в общую проводимость образца. [c.262]

Как показал И. Е. Тамм, вблизи поверхности кристаллического образца возникают дополнительные энергетические уровни, обусловленные нарушением трансляционной симметрии кристаллической решетки вследствие ее обрыва поверхностные состояния или, иначе, уровни Там-ма). В полупроводнике эти состояния локализуются внутри запрещенной зоны. Они могут либо отдавать, либо принимать электроны, в результате чего на поверхности полупроводника образуется заряд того или иного знака, приводящий к изгибу энергетических зон в приповерхностном слое. Если полупроводник содержит донорные примеси (п-полупроводник), то в этом случае электроны будут переходить от примесей на поверхностные уровни в результате поверхность полупроводника зарядится отрицательно, а внутри полупроводника вблизи его поверхности возникнет положительный объемный заряд. Это приводит к изгибу зон, показанному на рис. 7.5, б. Изгиб происходит в пределах слоя толщиной обычно не более 10 м значительная же часть фотоэлектронов зарождается глубже — на расстояниях примерно до 10 —10 м от поверхности. Для таких электронов энергия электронного сродства х и соответственно порог фотоэффекта W увеличиваются на некоторую величину ЬЕ (см. рисунок). Более интересен в практическом отношении случай, когда полупроводник содержит акцепторные примеси (р-полупроводник). В нем электроны будут переходить с поверхностных уровней на примеси, поверхность будет заряжаться положительно, изгиб зон будет иметь вид, показанный на рис. 7.5, в. В данном случае благодаря изгибу зон происходит снижение порога внешнего фотоэффекта. [c.166]

Таким образом, хотя примеси практически и не принимают непосредственного участия в генерировании фотоэлектронов, тем не менее они оказывают заметное влияние на фотоэмиссионные свойства полупроводника — через создание заряда на его поверхности в результате обогащения или, напротив, обеднения электронами поверхностных состояний. [c.166]

Фотоэмиссия из полупроводников, в полупроводниках ФЭ может быть обусловлена возбуждением электронов из валентной зоны, с уровней примесей, дефектов, поверхностных состояний и из зоны проводимости (в вырожденных полупроводниках п-типа). Для каждого из этих случаев пороговая частота имеет свое значение. Обычно, если иное не оговорено, под фотоэлектрической работой выхода понимают минимальную энергию фотонов, при которой начинается ФЭ из валентной зоны полупроводника (табл. 25.15). Это значение, как правило, превосходит работу выхода. Спектральная зависимость квантового выхода ФЭ вблизи порога в полупроводниках имеет вид [c.575]

Лиль [37] установил, что при травлении технических железных сплавов возникают значительные поверхностные напряжения (напряжения сжатия), что выражается в увеличении параметров решетки (от 4-10 до 9-10" единиц). Это поверхностное состояние, напряжение травления, создается предположительно во время снятия поверхностного слоя химическим или электролитическим способом при определенной концентрации кислоты. Величина напряжения травления зависит от материала, от его термообработки (тонко- или грубозернистая структура), а при электролитической полировке — также от плотности тока, и не зависит от вида применяемой кислоты. Имеются различные гипотезы, объясняющие возникновение напряжения при травлении. Точка зрения, которая основана на том, что при термообработке загрязнения и примеси выделяются дисперсно на границах зерен и мозаики и что вследствие сильного взаимодействия с реактивом в этих зонах напряжения травления должны сниматься, является самой достоверной. Это подтверждается тем, что у электролитического железа не обнаруживается никаких изменений постоянной решетки. В результате возможного наложения внутренних напряжений и напряжения травления усложняется определение фактического напряженного состояния. [c.25]

Подобными дефектами являются п свободные поверхности кристалла, на которых происходит обрыв решетки и нарушение периодичности ее потенциала (рис. 8.26, а). Влияние такого рода дефектов на энергетический спектр электронов было исследовано Таммом в 1932 г. Он показал, что обрыв решетки приводит к появлению в запрещенной зоне полупроводника разрешенных дискретных уровней энергии для электронов, расположенных в непосредственной близости от поверхности кристалла (рис. 8.26, б). Такие уровни получили название поверхностных уровней или поверхностных состояний. [c.240]

При высокой плотности поверхностных состояний они, взаимодействуя друг с другом, могут размыться в поверхностную зону Электроны в этой зоне могут двигаться только вдоль поверхности. [c.242]

Явление изменения поверхностной проводимости полупроводника под действием поперечного электрического поля называют аффектом поля. Оно широко используется для исследования поверхностных состояний, позволяя определять величину заряда, захваченного этими состояниями, их плотность, глубину залегания и т. д. [c.250]

При наличии на поверхности полупроводника поверхностных состояний способных заряжаться, помимо зарядов Qj, и возникает заряд Qss, захваченный этими состояниями (нижняя часть рис. 8.34, д). Под влиянием поля этого заряда ВФХ структуры испытывают смещение вправо или влево (в зависимости от знака заряда Qss) на величину Qss/ o- На рис. 8.35 штриховой линией показана ВФХ структуры, смещенная влево под действием положительного заряда Qss, захваченного поверхностными состояниями (нижняя часть рис. 8.34, д). [c.252]

На рис. 8.36, б приведена схема включения транзистора в цепь к истоку подается плюс, к стоку—минус источника напряжения Уст, к затвору — минус источника Vg-Для простоты рассмотрения будем считать, что поверхностные состояния отсутствуют. Тогда свойства [c.252]

При высокой концентрации поверхностных состояний обратный ток может увеличиться за счет тока поверхностной зоны. [c.254]

Наряду с объёмными уровнями в кристалле имеются поверхностные состояния. Волновая ф-ция электронов в этих состояниях локализована вблизи поверхности кристалла, внутри него. Различают собственные поверхностные состояния (уровни Т а м м а) и примесные. Уровни Тамма возникают в результате <(обрыва решётки на границе и искажения приповерхностных ячеек. -Эти уровни образуют поверхностные зоны. Примесные поверхностные уровни связаны с дефектами л чужеродными атомами iFa поверхности. [c.91]

Для работы МДП-транзистора принципиально важно, чтобы поверхность раздела диэлектрик — полупроводник под затвором имела низкую плотность электронных поверхностных состояний. В противном случае изменение напряжения на затворе может приводить не к изменению концентрации носителей в канале, а лишь к перезарядке поверхностных состояний. [c.8]

Р. п. с большим периодом, наир, структуры (7 X 7) на поверхности (111) Si, связывают с возникновением узкой энергетич. зоны поверхностных состояний для электронов оборванных связей. На поверхности (111) Si на каждый поверхностный атом приходится 1 оборванная связь. Поэтому зона поверхностных состояний заполнена только наполовину. Энергию электрона в такой зоне можно рассчитывать методом сильной связи (см. Зонная теория) [c.325]

На достаточно чистых и совершенных поверхностях полупроводников плотность собственных (заполненных и пустых) поверхностных состояний в запрещённой зоне невелика и уровень Ферми на поверхности может перемещаться внутри запрещённой зоны, следуя за его положением в объёме. Поэтому при изменении типа и концентрации примесей в объёме полупроводника изменяются Ф и ток Т. э. Кроме того, электрич. поле в таких полупроводниках не экранируется зарядами поверхностных состояний и проникает в эмиттер на значит, глубину, что приводит к изменению Ф за счёт приповерхностного изгиба зон и к разогреву электронного газа полем. [c.101]

Аналогичная ситуация возникает и в том случае, когда внеш. поле превышает величину, достаточную для устранения экранирующего влияния поверхностных состояний. По этим причинам отбор тока эмиссии из полупроводников (в отличие от металлов, где эти эффекты обычно малы) может приводить к значит, нарушению термодинамич. равновесия. Особая ситуация возникает при эмиссии из систем с отрицат. электронным сродством (см. Фотоэлектронная эмиссия), в к-рых неравновесный характер процессов эмиссии (в т. ч. и Т. э.) обусловлен изначальными особенностями приповерхностной энергетич. структуры эмиттеров. [c.101]

Рис. 8.26. Возникновение поверхностных состояний а — обрыв периодического потепци -ала решетки у поверхности кристалла б — поверхностные состоя -ния, возникающие вследствие обрыва решетки а —чужеродные атомы М на поверхности г — типы поверхностных состояний ( д — донорные. Ел — акцепторные. р— рекомбин. -цпонные)

Наглядное представление о возникновении поверхностных состояний можно получить 3 рзссмотрення связей, действующих между атомами в объеме и на поверхности кристалла. На рис. 8.27 изображена плоская модель решетки германия. Атом в объеме кристалла окружен четырьмя ближайшими соседями, связь с которыми, осуществляется путем попарного обобществления валентных элект-. ронов. У атомов, расположенных на свободной поверхности А А, одна валентная связь оказывается разорванной, а электронная пара неукомплектованной. Стремясь укомплектовать эту пару и заполнить свою внешнюю оболочку до устойчивой восьмиэлектронной конфигурации, поверхностные атомы ведут себя как типичные акцепторы, которым в запрещенной зоне соответствуют акцепторные уровни Eg (рис. 8.26, б). Электроны, попавшие на эти уровни из валентной зоны, не проникают в глубь кисталла и локализуются на расстоянии порядка постоянной решетки от поверхности. В валентной зоне возникают при этом дырки, а в поверхностном слое полупроводника — дырочная проводимость. [c.241]

Рассмотренные поверхностные состояння возникают на идеально чистой бездефектной поверхности, получить которую практи- ческн невозможно. В реальных условиях поверхностные свойства полупроводников определяются новерхностнымп состояниями, созданными главным образом чужеродными атомами (молекулами) на поверхности. На рис. 8.26, в показана зонная структура полупроводника. Вертикальной прямой ВС 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 возишсновению в запрещенной зоне поверхностного уровня. [c.242]

В нормальных условиях поверхность полупроводника покрыта -слоем окисла толщиной но крайней мере в десятки ангестрем рис. 8.28, а). На внешней поверхности окисла сорбируются примесные атомы, создающие внешние или медленные поверхностные состояния (рис. 8.28, б). Время установления равновесия таких 242 [c.242]

Рис. 8.23. Структура поверхностного слоя германия (а) и расположение быстрых и медленных поверхностных состояний (нзгнб зон у поверхностн не-

Медленные поверхностные состояния могут создаваться также атомами примеси, находящимися в самом окисле. Плотность медленных состояний зиачитель го больше, чем быстрых (10 — и сильно зависит от их природы и состояния внешней среды. [c.243]

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, протнвоположньш знаку заряда поверхности, и отталкивания носителей одного знака. Поэтому поверхностный слой полупроводника оказывается обедненным носителями одного звиака, со знаком поверхностного заряда и обогащенным носнтеляАШ противоположного знака. [c.243]

Среди быстрых поверхностных состояний можно выделить центры прилипания, размещающиеся вблизи дна зоны проводимости, и потолка валёнткой зоны, и центры рекомбинации, располага-щиеся вблизи середины запрещенной зоны. Наличие поверхностных центров рекомбинации делает возможным протекание рекомбинации через эти центры. Такую рекомбинацию называют поверхностной. В чистых кристаллах, в которых концентрация объемных центров мала, поверхностная рекомбинация может приобрести важную роль, особенно в образцах малой толщины. [c.248]

Пробой р- и-перехода. Характеристикой, чувствительной к С0СТСЯН1И0 поверхности полупроводника, является и величина пробивного напряжения. На рис. 8.37, б показан несимметричный р — л-переход с высокоомной р-областью. При отр1щательном заряжении поверхностных состояний у поверхгюсти р-области образуется обогащенный слой, вызывающий уменьшение толщины перехода diioD в приповерхностном слое. При приложении к переходу обратного смещения напряженность поля у поверхности, где переход сужен, окажется выше, чем в объеме полупроводника, вследствие чего более вероятным становится поверхностный пробой. Таким образом, заряжение поверхности может вызывать понижение пробивного напряжения. [c.256]

Рассмотрим сферическую каплю жидкости, находящуюся в атмосфере ее собственного пара (рис. 26-11). Допустим, что эта капля имеет большое центтральное ядро жидкости, однородное по состоянию, окруженное тонкой пленкой того же вещества в некотором поверхностном состоянии . Если мы обозначим жидкую фазу одним штрихом, а паровую фазу двумя штрихами, то для каждой фазы можно написать уравнения (26-3), (26-30) и (26-22) [c.275]

А. э. из полупроводников. Особенности А. э. из полупроводников связаны с H0 K. факторами 1) элект-рич. поле глубоко проникает в полупроводник, что приводит к смещению энергетич. зон, к изменению вблизи поверхности концентрации носителей заряда и их энергетич. спектра 2) концентрация электронов во много раз меньше, чем в металле, что ограничивает величину /, и она сильно зависит от внеш. воздействий (темп-ра, освещение и др.) 3) поверхностные состояния носителей заряда могут сказываться на характеристиках А. э. 4) вольт-амперные характеристики и энергетич. спектры автоалектронов отражают зонную структуру полупроводников 5) протекающий через полупроводник ток может приводить к перераспределению потенциала па нём, а также влиять на энергетич. спектр электронов. Все эти особенности привлекаются для объяснения наблюдаемых вольт-амперных характеристик и энергетич. спектров автоэлектронов из нолуироводников. [c.23]

Изменение А. вследствие возникновения двойного электрич, слоя в зоне контакта и образования донор-но-акценторной связи для металлов и кристаллов определяется состояниями внеш. электронов атомов поверхностного слоя и дефектами кристаллич. решётки, полупроводников — поверхностными состояниями и наличием примесных атомов, а диэлектриков — дипольным моментом функциональных групп молекул на границе фаз. Площадь контакта (и величина А.) твёрдых тел зависит от их упругости и пластичности. Усилить А. можно путём активации, т. е. изменения морфологии и анергетич. состояния поверхности ме-ханич, очисткой, очисткой с помощью растворов, вакуумированием, воздействием вл,-магн. излучения, НОННОЙ бомбардировкой, а также введением разл. функциональных групп. Значит. А. металлич. плёнок достигается электроосаждением, металлич. и неме-таллич. плёнок — термич. испарением и вакуумным напылением, тугоплавких плёнок — с помощью плазменной струи. [c.25]

Для получения идеальных монокристаллич. Г. (без дефектов решётки и поверхностных состояний на грани-440 цо ра-здела) необходимо, чтобы у полупроводников сов- [c.446]

Обычно энергия электрона на дне зоны проводимости меньше его энергии в вакууме, одтшко в исключит, случаях — напр,, в кристаллич. и жидком гелии (см. Гелий твёрдый) — дно зоны проводимости лежит выше уровня покоящегося электрона в вакууме и поото-му электроны из вакуума не могут проникать в кристалл однако они, поляризуя кристалл, притягиваются к нему индуцированным на поверхности зарядом. В результате образуются поверхностные состояния с волновой ф-цией, локализированной вне кристалла у его поверхности. [c.91]

ЭСППЗУ На поверхностном состоянии плавающего. затвора транзистора ЭП Туннельная икже1сцил 1>—- Стирание информации при инжекции заряда другого знака [c.525]

Электронные свойства поверхности отличаются от объёмных, в частности наличием электронных поверхностных состояний. Соответствующие им волновые ф-ции электронов экспоненциально затухают при удалении от П, Изменение концентрации электронов у П. полупроводников (вследствие их перехода в поверхностные состояния или от одной контактирующей среды к другой) приводит к изгибу энергетич. зон, на чём основано выпрямление тока на контактах металл — полупроводник (см. Шоттки барьер) и р — п-переходах. Приповерхностный слой может иметь проводимость, значительно превышающую объёмную, а при достаточно сильном изгибе зон изменяется сам характер проводимости и возникает инверсионный слой. Вследствие малой толщины проводящего слоя электроны в нём образуют квазидвумерную систему. В таких слоях может достигаться высокая подвижность электронов [10 с.м /(В с)], и их использование в микроэлектронных приборах позволяет повысить быстродействие и уменьшить рассеиваемую мощность. [c.654]

Поверхность полупроводника. Под поверхностью П. понимают неск. атомных слоёв вблизи границы П. Она обладает свойствами, отличающимися от обьёмных. Наличие поверхности нарушает траисляц. симметрию кристалла и приводит к поверхностным состояниям для электронов, а также к особым эл.-магн. волнам (поверхяостные поляритоны), колебат. и спиновым волнам. Благодаря своей хим. активности поверхность, как правило, покрыта макроскопич. слоем посторонних ЯТО.МОВ пли молекул, адсорбируемых из окружающей среды. Эти атомы и определяют физ. свойства поверхности, маскируя состояния, присущие чистой поверхности. Развитие техники сверхвысокого вакуума позволило получать и сохранять в течение неск. часов атомарно чистую поверхность. Исследования чистой поверхности методом дифракции медленных электронов показали, что кристаллографии, плоскости могут смещаться как целое в направлении, перпендикулярном к поверхности. В зависимости от ориентации поверхности по отношению к к ристал л о-графич. осям это смещение может быть направлено внутрь П. или наружу. Кроме того, атомы приповерхностного слоя изменяют положение равновесия в плоскости, перпендикулярной поверхности, по сравнению с пу положениями в такой же плоскости, находящейся далеко от поверхности реконструкция поверхности). При этом возникают упорядоченные двумерные структуры с симметрией ниже объёмной или не полностью упорядоченные структуры. Первые являются термодинамически равновесными, и их симметрия зависит от ориентации поверхности. При изменении темп-ры могут происходить фазовые переходы, при к-рых симметрия структур изменяется (см. Поверхность). [c.43]

Если ва поверхности полупроводника нет поверхностных состояний [напр., поверхности (110) СаАа н 1пР], то при изменении уровня Ферми в объёме (при легировании полупроводника или изменеяии темп-ры) изменяется и Р. в.— в соответствия с ф-лой (1). Однако при большой плотности поверхностных состояний (как, напр., у Се, 81) изменение вызывает такое изменение Фвак — Фоб, к-рое компенсирует изменение р, так что Р. в. оказывается нечувствительной к изменениям р в объёме полупроводника. [c.194]

Термоэлектронная эмиссия иэ полупроводнииов. Ф-ла ( ) применима и для описания Т. э. из полупроводников. Однако влияние темп-ры, электрич. поля, примесей в эмиттере и т. п. на эмиссионный ток и на величины Ф и А в этом случае существенно иное по сравнению с металлами. Различия обусловлены малой концентрацией электронов проводимости и наличием локализованных поверхностных электронных состояний, влияющих на расположение уровня Ферми gj на поверхности полупроводника, вплоть до его закрепления в нек-рой точке запрещённой зоны (см. Поверхностные состояния. Поверхность). При этом на поверхности полупроводника и Ф почти (с точностью до величин 0,1 эВ) не зависят от в объёме (т. е. от типа и концентрации легирующей примсси). Такое закрепление связано с поверхностными состояниями достаточно большой О 10 см ) концентрации, ивдуцированными в основном собств. дефектами кристалла, возникающими при воздействии на полупроводник разл. внеш. факторов, таких, как адсорбция, механич., термич. обработка и др. В этом случае характер Т. э. аналогичен Т. э. из металлов. [c.101]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...