Поверхностные уровни

Эффект увеличения скорости растворения металла наблюдается, если скачок потенциала сосредоточен в ионном двойном слое. Эффект снижения скорости растворения металла (пассивность может наблюдаться, если скачок потенциала приходится на поверхностный слой металла анодная поляризация уменьшает кинетическую энергию поверхностных электронов (поверхностного уровня Ферми), что приводит к усилению их связи с поверхностными положительными ионами металла и, как следствие этого, к уменьшению свободной энергии и адсорбционной способности поверхности металла. [c.311]

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]

Рассчитать положение поверхностных уровней в запрещенной зоне очень сложно, так как неизвестен точный вид периодического потенциала. Однако сам факт существования этих уровней не вызывает сомнения, какова бы ни была функция V x). [c.242]

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]

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ УРОВНЕЙ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.261]

Выше было показано, что ограничение кристалла поверхностью приводит к появлению в запрещенной зоне локализованных состоя-Еий. Эти поверхностные уровни, так же как уровни примесей и дефектов, могут оказывать существенное влияние на физические свойства твердых тел. Это влияние может оказываться в следующих явлениях. [c.261]

Поверхностные уровни, так же как уровни примесей или дефектов, могут быть донорами или акцепторами электронов. Следовательно, они могут изменять концентрацию носителей заряда. Через них может осуществляться рекомбинация носителей. [c.261]

Поверхностные уровни могут захватывать электроны и создавать большой отрицательный поверхностный заряд. В приповерхностном слое кристалла образуется недостаток электронов, т, е. создается избыточный положительный заряд. Возникающее таким образом электрическое поле может достигать 10 —10 ° В/м. Оно искривляет энергетические зоны вблизи поверхности кристалла. Искривление зон приводит к изменению работы выхода электронов и ряда других свойств. [c.262]

Кроме перечисленных явлений поверхностные уровни могут оказывать влияние на поглощение света, процессы адсорбции атомов на поверхности твердых тел и т. д. [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]

Если на поверхность полупроводника адсорбировать в виде тонкой пленки (толщиной порядка 10" м) электроположительные атомы, создающие дополнительные поверхностные уровни донорного типа, то можно еще сильнее снизить порог фотоэффекта. Используя сильнолегированный р-полупроводник, можно получить в данном случае фото- [c.166]

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]

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]

ПОЛЯ ЭФФЕКТ — изменение проводимости о полупроводника при наложении злектрич. поля, перпендикулярного его поверхности. Если одной из обкладок плоскопараллельного конденсатора является полупроводник й-типа, а другой — металл, и если металл зарядить положительно, то полупроводник заряжается отрицательно, т. е. в его приповерхностном слое появляются избыточные электроны, к-рые вместе с электронами, находящимися в объёме полупроводника, будут участвовать в электропроводности, увеличивая её (за исключением электронов, захваченных на поверхностные уровни), ГГ. э. может быть как положительным, так и отрицательным. [c.56]

И. Е. Тамм и А. А. Соколов разработали теорию локализации электронов вблизи края кристалла и поверхности внутренней микротрещины. Такого рода локальные состояния известны в литературе под названием поверхностных уровней Тамма. [c.45]

Наличие у реальных кристаллов полупроводников конечных размеров приводит к обрыву кристаллической решетки на поверхности. Происходящие при этом явления качественно можно проиллюстрировать на примере идеального кристалла беспримесного германия или кремния. В результате обрыва кристаллической решетки у атомов, расположенных в поверхностном слое кристалла, не все ковалентные связи будут завершены. Это означает, что поверхность кристалла полупроводника обладает электропроводностью р-типа. Поэтому на энергетической диаграмме поверхности полупроводника в отличие от его объема имеются дополнительные энергетические уровни, лежащие в запрещенной зоне. Они получили название поверхностных уровней (состояний) или уровней Тамма. [c.78]

В соответствии с числом атомов кристалла, приходящихся на единицу поверхности, плотность уровней Тамма должна составлять порядка 10 При такой высокой плотности энергетических уровней возможно их расщепление в поверхностную зону. Так как поверхностные уровни (или зоны) имеются только на энергетической диаграмме поверхности, то заряды, находящиеся на этих уровнях (в зо- [c.78]

В действительности рассмотренная ситуация на поверхности реальных полупроводников обычно не наблюдается из-за наличия на ней тонкого слоя оксида, адсорбированных атомов, примеси, дислокаций и др., которые так же, как и обрыв кристаллической решетки, обусловливают образование поверхностных уровней на энергетической диаграмме. Эти уровни могут быть как донорными (рис. ИЛ,а), так и акцепторными. Время перехода носителей заряда на поверхностные уровни полупроводника порядка 10" с, поэтому их называют быстрыми состояниями. [c.79]

Поверхностные уровни в зависимости от их природы могут захватывать электроны или дырки, которые в результате этого оказываются локализованными на поверхности полупроводника. Если, например, поверхностные уровни захватывают электроны, то поверхность полупроводника становится заряженной отрицательно, а в приповерхностном слое в силу электростатического взаимодействия локализованных на поверхности электронов с носителями заряда в объеме полупроводника возникает пространственный положительный заряд. Появление пространственного заряда приводит к возникновению электрического поля в этом слое и соответственно к искривлению энергетических зон. [c.79]

Толщина слоя пространственного заряда зависит от плотности поверхностных уровней и от концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике. При плотности поверхностных уровней порядка 10 м" и концентрации свободных носителей заряда 10 м область пространственного заряда в полупроводнике распространится на глубину около 10 м. [c.79]

При локализации электронов на поверхности полупроводника, обладающего дырочной электропроводностью, поле поверхностного заряда притягивает основные носители и приповерхностный слой обогащается ими (рис. 11.2, в). Аналогичные явления наблюдаются при захвате поверхностными уровнями дырок. [c.80]

Таким образом, наличие поверхностных уровней приводит к обогащению или обеднению приповерхностного слоя полупроводника основными носителями заряда, а при определенных условиях и к образованию инверсного слоя. [c.80]

Задача 5-16. Расскажите кратко о поверхностных уровнях. [c.331]

Рис. 4. Рекомбинация на поверхностных уровнях.

Шокли 2) исследовал подробнее происхождение поверхностных уровней на основе более общей одномерной модели и рассмотрел зависимость уровней от параметра решётки. Он нашёл, что если потенциал нормальной решётки можно выразить как периодическую сумму простых ям представленного на рис. 159 типа, то поверхностные [c.340]

Рис. 160. Схематическое изображение появления поверхностных уровней в случае, когда потенциал является периодической суммой <ям>, изображенных на рис. 159.

Так как число поверхностных состояний приблизительно в два раза больше числа электронов, вырываемых из заполненной полосы, то полоса поверхностных уровней не заполнена целиком. В идеальном случае это означало бы, что поверхность является проводящей однако проводимость такого типа может быть легко нарушена, например, трещинами на поверхности или адсорбированными атомами. Такая проводимость, повидимому, нигде не наблюдалась. [c.342]

Поверхностные уровни 1 амма — электронные состояния, локализованные у поверхности кристалла. Подрешетка магнитная — совокупность одинаковых атомных магнитных момешов, обладающая определенной пространственной периодичностью. [c.284]

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]

Характер таких уровнен зависит от природы поверхности и частиц. Они могут быть акцепторными, донорными и рекомбинационными (рис. 8.26, 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 сг = дЩф-л, где N — число молекул, -адсорбированных единицей поверхности кристалла /ф-д — функция Ферми — Дирака, выражающая вероятность заполнения поверхностных уровней электронами q — заряд электрона. Если уровни Р являются донорными, то они, отдавая электроны кристал- лу, заряжают поверхность полупроводника положительно с плотностью (т+ = qNj%-jx где /ф-д — вероятность того, что поверхностные уровни являются пустыми, т. е, частицы М нонизированы. [c.242]

Наряду с К, о, в магн. поле в металлах и полупроводниках могут наблюдаться также квантовые эффекты др. природы размерное квантование в плоских плёнках, проволоках и цилиндрах, связанное с ограничением области движения (см. Квантовые размерные эффекты) или с интерференцией электронов (А ароно-ва Бома эффект), и розонапсные явления — циклотронный резонанс, резонанс на магнитных поверхностных уровнях, магнитофононный резонанс. [c.324]

МАГНИТНЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ УРОВНИ — квантовые энергетич. уровни. электронов проводимости, движущихся в проводнике вблизи его поверхности под действием параллельного ей постоянного магн. поля. Для возникновения М. н, у, необходимы большая длина свободного пробега электронов и болыная вероятность их зеркального отражения при столкновении с поверхностью проводника. Выполнение этих условии достигается при гелиевых темп-рах (4,2 К) в очень чистых монокристаллах нроводников, имеющих оптически гладкую поверхность. [c.678]

Магнитные поверхностные уровни. В металлах в тех же условиях, что и Ц. р., может наблюдаться близкое к нему по природе явление—осцилляции поверхностей проводимости из-за квантовых переходов между магнитными поверхностными уроенями. Они возникают, если электроны могут зеркально отражаться от поверхности образца, со- [c.433]

Затем он приводит следующий пример Одно хорошо известное явление получает свое объяснение благодаря существованию дила-тансии песка. После отлива песок остается твердым, и если на него наступают ногой, то песок светлеет или становится на некоторое время сухим вокруг ноги. Когда это происходит, песок заполнен водой, поверхность которой поддерживается капиллярными силами на уровне поверхности песка давление ноги вызывает объемное расширение песка, и при этом требуется больше воды, которая должна поступать или за счет снижения поверхностного уровня, преодолевая капиллярные силы, или же за счет откачки воды через пустоты от окружающего песка. Последнее для своего осуществления требует времени, так что в первый момент преодолеваются капиллярные силы и поверхность воды опускается ниже поверхности песка, отчего последний становится светлее или суше до тех пор, пока не будет получено достаточного притока от нижних слоев, и тогда поверхность воды повышается и снова смачивает песок. Когда нога поднимается, то обычно можно видеть, что песок под ногой и вокруг мгновенно становится мокрым. Это происходит [c.346]

Ответ. Свойства веществ, рассматриваемых в задачах 5-9— 5-12, объясняются теорией выпрямления Мотта. В момент опубликования эта теория была весьма эффективна, однако в дальнейшем она обнаружила много противоречий с резу.яьтатами экспериментоп. Если основываться на теории Мотта, то при выпрямлении работа выхода должна играть решающую роль, однако в случае диода с точечным контактом, образованным в месте соединения тонкой проволоки с германием, независимо от материала проволоки (независимо от величины срт) обратный ток насыщения почти не изменяется. Для объяснения этого явления Бардиным была введена гипотеза о поверхностных уровнях, сущность которой заключается в предположении, что барьер в полупроводниковой области полностью экранирует контактное влияние металла, т. е. в учете энергетических состояний, которыми характеризуются электроны на поверхности полупроводника. В этом случае после ухода электронов, расположенных вблизи поверхности, на ней возникает положительный заряд (см. рис. 5-2-14). Когда плотность заряда на этом поверхностном уровне большая, не наблюдается ни изменения формы барьера в место контакта, ни изменения направления выпрями ления, ни обратного тока насыщения. [c.331]

Шокли показал также, что для каждой пары поверхностных уровней один уровень происходит из нижней полосы, а один—из верхней. Таким образом, еслн нижняя полоса заполнена целиком, а верхняя — совершенно пустая при больших междуатомных расстояниях, то при перекрывании пэлос в поверхностный уровень переходят из нижней полосы два электрона с противоположным спином. [c.341]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...