Заряд поверхностных электронных состояний

Заряд поверхностных электронных состояний [c.82]

Фотоэдс поверхностных электронных состояний. Если при освещении кристалла изменяется заряд ПЭС (Qs), то в соответствии с теоремой Гаусса меняется также напряженность электрического поля вблизи поверхности и, следовательно, соотношение (1.32) уже не будет выполняться. При условии постоянства внешнего электрического поля сохраняется неизменным полный заряд полупроводника Qs + Qs - Отсюда с учетом (1.9) и (1.10) получаем уравнение [c.37]

Ф-ла (ч ) 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 Л в этом случае существенно иное, чем в металлах. Различия обусловлены малой концентрацией эл-нов проводимости и наличием локализованных поверхностных электронных состояний, влияющих на расположение уровня Ферми р для поверхности ПП, вплоть до его закрепления в нек-рой точке запрещённой зоны (см. Поверхностные свойства полупроводников). При этом ни /г на поверхности ПП, ни Ф не зависят от 8р ь объёме (т. е. от типа и концентрации легирующей примеси),, Такое закрепление реализуется обычно в кристаллах с ковалентной связью (Се, 81 и др.), и в этом случае хар-р Т. э. такой же, как Т. э. из металлов. На чистых поверхностях ионных кристаллов структура поверхностных состояний такова, что уровень Ферми на поверхности может перемещаться внутри запрещённой зоны, следуя за его положением в объёме. Поэтому при изменении типа и концентрации примесей в объёме ПП изменяются Ф и ток Т. э. Кроме того, электрич. поле в таких ПП не экранируется зарядом поверхностных состояний, а проникает в эмиттер на значит, глубину. [c.757]

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]

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]

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]

В металле избыточную по отношению к нормальной концентрацию электронов можно создать, только внося на образец электростатический заряд. При таких обстоятельствах в высоко-проводящем веществе избыточные заряды очень быстро распределяются по образцу так, что вскоре установится равновесное состояние, при котором электрическое поле в каждой точке внутри станет равным нулю. В простейшем случае непосредственно из закона Гаусса (а также из закона Кулона) следует, что это условие выполняется только тогда, когда суммарный электростатический заряд располагается на поверхности образца [87]. Любые избыточные электроны, введенные таким образом, появляются, следовательно, как поверхностные заряды, оставляющие неизменной объемную концентрацию электронов, а значит, и объемную проводимость. [c.316]

Заряд двойного слоя в полупроводниках обусловлен нарушением периодичности структуры поверхности, дефектами поверхностей и наличием примесей. Плотность зарядов двойного слоя определяется числом свободных электронов. В пределе число свободных электронов равно числу атомов. В металлах концентрация электронов в поверхностном слое практически не изменяется при контакте с полупроводниками, хотя электрическое поле и проникает в глубь полупроводника. Поверхностная проводимость полупроводников весьма незначительна. Кроме того, полупроводники имеют большое число поверхностных состояний , что создает благоприятные предпосылки для повышения адгезии за счет донорно-акцепторных связей. [c.118]

В рассматриваемом случае, когда поверхностные состояния захватывают электроны, а полупроводник обладает электронной электропроводностью, его приповерхностный слой обедняется основными носителями заряда (рис, П.2, а). В этом слое результирующий положительный заряд определяется главным образом нескомпенсированными положительными ионами донорной примеси. [c.80]

Поскольку ЛД обмениваются зарядами с полупроводником, мы их относим к ПЭС структуры полупроводник-диэлектрик, подчеркивая трехмерный характер распределения поверхностных состояний. По отношению к полупроводнику ЛД обладают аномально малыми сечениями захвата, с р = 10"2 -Ю 27 см . Характерные времена релаксации заряда для них часто превышают х = 10 -10 с. Вероятности захвата зависят от высоты барьера Щ) и механизма транспорта носителей заряда в оксиде. По отношению к оксиду, при возбуждении его электронной подсистемы жесткими квантами, ЛД могут являться быстрыми состояниями. [c.191]

Когда адсорбция молекулы (или атома) приводит к возникновению локализованного электронного уровня энергии на поверхности полупроводника, будет иметь место перенос заряда между адсорбентом и адсорбатом. Этот вид адсорбции мы будем называть адсорбцией с переносом заряда. Странно то, что существует множество экспериментальных фактов, подтверждающих существование этого вида адсорбции [39], но нет простой системы, которая могла бы проиллюстрировать это явление. Нас здесь не интересуют ни вид изотермы адсорбции [40], ни анализ реакций, определяющих скорость различных каталитических процессов [41]. Мы интересуемся энергией адсорбции, природой поверхностного комплекса и энергетическими уровнями поверхностных состояний. [c.176]

Поверхность является одним из основных дефектов трехмерной структуры кристалла — классического объекта в физике твердого тела. Обрыв химических связей на поверхности приводит к изменению координационной сферы поверхностных атомов и регибридизации их валентных орбиталей. В результате этого 1) возникают новые собственные) квантовые локализованные поверхностные электронные состояния (ПЭО, выполняющие роль центров захвата и рекомбинации свободных носителей заряда 2) изменяются эффективные заряды поверхностных атомов, порядок их расположения и межатомные расстояния 3) появляются дополнительные деформации и 4) изменяется фононный спектр. Нарушенная структура поверхности не может скачком перейти к упорядоченной структуре объема кристалла и, следовательно, должна существовать конечная трехмерная переходная область. Поэтому, говоря о поверхности, следует рассматривать ее не как геометрическую плоскость (х, у), а как трехмерную поверхностную фазу, ряд физических свойств которой отличен от объемных, В дальнейшем понятие "поверхность" мы часто будем использовать не только для свободной поверхности, но и для межфазных границ, разделяющих соприкасающиеся твердые тела. [c.9]

Темп многофононного захвата определяется величиной константы электрон-фононного взаимодействия. При слабой связи между локализованными носителями и фононной "баней" кристаллической решетки сечения захвата свободных электронов или дырок на соответствующие центры могут быть весьма малыми (10 -10 см и менее). Для поверхностных электронных состояний в некоторых случаях реализуется очень сильная электрон-фононная связь. При захвате свободного носителя на такой центр локализации происходит существенная перестройка ближайшего окружения центра, сопровождающаяся преодолением "конфигурационного" потенциального барьера (подробнее об этом см. раздел 8.2). Сечения захвата свободных носителей заряда на такие центры могут быть ничтожно малыми — 10 25 10 22 см2 и менее эти центры выполняют роль медленных по- [c.90]

Рпс. 10.8. Изменение во,,нового вектора электрона, лежащего па поверхностн Ферми, при движении под действием магнитного поля. Схемы я и б для поверхности Ферми топологически эквивалентны показанным на рпс. 10.6. Поле 3 направлено перпендикулярно к плоскости рисунка вверх. В случае а волновой вектор движется по орбите по часовой стрелке, в случае б — против часовой стрелки. Направление движения в случае б такое, какого можно ожидать для свободного электрона с зарядом —е. Из-за малых значений к энергии малы, и поэтому заполненные электронами состояния лежат внутри поверхности Ферми. Орбиты типа б будем называть электроноподобными. Поскольку характер движения а магнитном поле в случае а обратный по отношению к случаю б, то орбиты в случае а естественно назвать дыркоподобными. Дырки движутся как частицы с положительным электрическим зарядом 4-е. Случай в для прямоугольной зоны иллюстрирует движение по так называемой открытой орбите. Это случай, топологически иромежуточный между орбитой электрона и орбитой дырки. Для наглядности открытая орбита показана в периодической зонной схеме. [c.342]

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]

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]

П. и. используется в ионных источниках, детекторах молекулярных и атомных пучков (включая селективные детекторы и газоанализаторы органич. соединений), для компенсации объёмного заряда электронов в разл. устройствах. П. и, позволяет исследовать мн, физи-ко-хим. процессы на поверхности твёрдого тела, а также свойства частиц и поверхности твёрдого тела. Применяются свыше 30 поверхностно-ионизационных методов для определений К и 5 атомов, молекул и радикалов кинетич. характеристик термо десорбции этих частиц в виде ионов и в нейтральном состоянии для изучения реакций на поверхности твёрдого тела фазовых переходов в адсорбированных слоях для определения активности катализаторов в гетерогенных реакциях диссоциации и др. Эти методы пригодны при вы-соких Т и имеют большую чувствительность, если а 1, Существуют комбинированные методы, в к-рых П. и. сочетается с термоэлектронной эмиссией, С элект-рОЕЕО-стимулированной десорбцией и др. [c.646]

При деградации МДП-систем с термической Si02 в качестве диэлектрика при сильнополевой инжекции заряда наблюдается, как правило, захват заряда в оксиде, возрастание концентрации поверхностных состояний, изменение генерационно-рекомбинационных характеристик поверхности кремния и т. д. В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований установлено, что при протекании тока туннельной инжекции наблюдаются следующие основные процессы происходит захват электронов на уже существующие и вновь создаваемые ловушки наблюдается накопление положительного заряда возрастает плотность поверхностных состояний. [c.129]

Главным механизмом, определяющим зарядовую деградацию пленки SiOj при сильнополевой туннельной инжекции, является накопление в ней положительного заряда. Изучению данного заряда посвящено большое количество работ, поскольку он не только приводит к зарядовой нестабильности диэлектрика, но и, по всей видимости, является ответственным за пробой диэлектрической пленки. Однако до настоящего времени механизм генерации положительного заряда не нашел своего окончательного объяснения. Это связано, с одной стороны, с отсутствием надежных и исчерпывающих экспериментальных данных, что выражается в противоречиях между публикуемыми результатами. Считается, что положительный заряд локализован у границы раздела, в то время как другие авторы предполагают, что положительный заряд накапливается в объеме Si02. С другой стороны, факторами, усложняющими анализ экспериментальных данных, являются захват электронов на ловушки, протекающий одновременно с генерацией положительного заряда, и увеличение плотности поверхностных состояний. В результате, параметры и характеристики положительных зарядов, наблюдавшихся в различ- [c.129]

Одновременно с накоплением в пленке Si02 положительного заряда начинает возрастать плотность поверхностных состояний. Многочисленные исследования данного явления показали, что увеличение плотности поверхностных состояний и генерация положительного заряда тесно взаимосвязаны. В работах М.Фишетти также предполагается, что ответственным за оба процесса зарядовой деградации являются одни и те же структурные нарушения в пленке двуокиси кремния у границы Si-Si02, что происходит, в основном, под влиянием электронных процессов, которые стимулируются действием электрического поля, вызываюш его инжекцию заряда в диэлектрик. [c.132]

Анализ изменения ВФХ при инжекции электронов из кремния (положительная полярность А1-электрода) показал, что наряду с накоплением отрицательного заряда в пленке ФСС, приводящего к сдвигу С— У кривых в сторону положительных напряжений, происходит увеличение плотности поверхностных состояний и, следовательно, деградации фаницы раздела Si—Si02, что может ухудшить параметры программируемых приборов. На начальном этапе инжекции электронов из Al-электрода изменение зарядового состояния МДП-структур характеризуется накоплением отрицательного заряда в пленке ФСС без увеличения плотности поверхностных состояний. Накопление отрицательного заряда в [c.143]

При инжекции электронов из кремния с увеличением концентрации фосфора и ростом толщины слоя ФСС увеличивается диапазон возможных изменений порогового напряжения МДП-транзисторов, который может достигать значений до 6 В. Однако для обеспечения приемлемых значений плотности поверхностных состояний величина инжектированного заряда при подгонке порогового напряжения не должна превышать ОД мКл/см . Диапазон токового воздействия при изменении зарядового состояния МДП-приборов целесообразно ограничить 10 . .. 10 А/см . Уменьшение амплитуды токового воздействия сопровождается трудностями технической реализации в связи со значительным возрастанием времени инжекции требуемой величины заряда. Увеличение амплитуды токового воздействия приводит к значительному возрастанию вероятности пробоя образца, а при инжекции электронов из Si — к повышению плотности поверхностных состояний и генерации положительного заряда в Si02. [c.145]

В ультратонких пленках Si02 может наблюдаться и снижение заряда, инжектированного до пробоя. Электроны, движущиеся через слой SiOj, создают электронные ловушки и поверхностные состояния, накопление которых ухудшает изолирующие свойства. По данным различных авторов, предельная толщина Si02, обусловленная приемлемой величиной заряда, инжектированного до пробоя составляет от 1,4 до 2,2 нм. Такой разброс результатов оценок связан с различием моделей, экстраполирующих данные, полученные при относительно высоких напряжениях (2,5...4) на рабочие напряжения 1...1,2 В. [c.148]

Мы исследовали электронную структуру (величину зарядов на атомах и связях) модели поверхностного комплекса металла с аминами (этиламином, диэтиламином, триэтиламином), для сравнения брали аммиак. Рассматриваемые комплексы алифатических аминов с железом близки по геометрической структуре (в каждой молекуле атом азота имеет по одной неподеленной паре электронов) и представляются совокупностью только молекулярных р-орбиталей. Межатомные расстояния амина, входящего в комплекс, для расчета принимали равными равновесному состоянию между ядрами в свободном амине. Расстояние между атомом железа и атомом азота принимали равным сумме металлическо1Го радиуса железа и ковалентного радиуса атома азота (для железа в кубической объемно-центрированной решетке г = 1,231 А, а для азота г=0,69 А). [c.75]

Результаты исследова-вия показЫ Вают, что изученные ингибиторы являются донорами электронов, поскольку при их адсорбции работа выхода электронов уменьшается на 0,1-ь0,7 В (поверхностный потенциал равен изменению работы выхода электронов с обратным знаком). Все они при адсорбции на поверхности железа заряжаются положительно. Адсорбционный положительный заряд, локализованный на молекулах ингибитора, компенсируется отрицательным зарядом, расположенным на внутренней границе окисла Fe—РеОд . Изменение поверхностного потенциала или работы выхода электрона Аф = —ДУк(эВ) прямо пропорционально количеству адсорбированного на электроде вещества (рис. 2,27). Приближенные расчеты показывают, что напряженность электрического поля в окисле при этом достигает л 10 В/см. Она, несомненно, в состоянии, с учетом направления поля, затормозить транспорт катионов через пленку. [c.78]

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]

Развитие химической и электрохимической коррозии, механического и коррозионно-механического износа (механохимической коррозии) определяется энергетическими взаимодействиями в системе металл-1 — металл-2 — нефтепродукт — ПАВ — вода (электролит) (см. рис. 1). К важнейшим энергетическим характеристикам, определяющим эти процессы, относятся прежде всего характеристики самих металлов, связанные с их свойствами (пластичностью, твердостью, хрупкостью, коррозионной стойкостью и др.) работа выхода электрона из 1металла поверхностный потенциал металла Уд, контактная разность потенциалов (КРП),, нормальный электродный потенциал V нэп, потенциал нулевого заряда металла (Унз), свободная поверхностная энергия металла ( поверхностное натяжение металла) ме, энергия кристаллической решетки металла кр и др. [44—53]. Эти характеристики для одного и того же металла существенно отличаются в зависимости от состояния его внешней (видимой) и внутренней (микротрещины, совокупность внутренних дефектов) поверх ности. Эти характеристики различны также для зоны ювенильного металла и внешней зо ны наклепа — слоев деформированного металла, образующегося в результате механической обработки. Для стали зона наклепа может распространяться па глубину от 0,01 мм (при протяжке) и до 3—4 мм (при точении, прессовании) [44]. [c.18]

Наиболее распространён кремниевый МОП-т ранзистор (металл — окисел металла — полупроводник). На подложке 81 р-типа (рис.) окислением создаётся тонкий диэлектрич. слой двуокиси 8102 (толщиной 1000 А) и наносится металлич. электрод (затвор). Под поверхностью диэлектрика в 81 р-типа создаются на нек-ром расстоянии друг от друга две области с электронной проводимостью, к к-рым подводятся Л1еталлич. контакты (исток и сток). Если к затвору приложить положит, потенциал, то все эл-ны под ним в 81 (р) притянутся к тонкому слою диэлектрика, создав там проводящий инверсионный слой п-типа. В результате между стоком и истоком образуется канал, по к-рому течёт ток. Подобная система эквивалентна вакуумному триоду (исток — катод, сток — анод, затвор — сетка). Она может служить также элементом памяти. Для этого диэлектрик делается двухслойным — тонкий слой 8102 и нитрида кремния. Электрич. заряд, введённый в 81, можно (с помощью нек-рых физ. процессов) перевести из 81 в ловушки на границе окисел — нитрид. В этих ловушках заряд сохраняется длительно после снятия напряжения между затвором и подложкой (запоминание). Это состояние можно считывать по изменению свойств приповерхностной области подложки. М— Д — П-с.— один из базовых элементов твердотельной электроники. Они служат также для изучения поверхностных свойств полупроводников (вблизи его границы с диэлектриком). [c.399]

Смотреть страницы где упоминается термин Заряд поверхностных электронных состояний : [c.16] [c.277] [c.686] [c.118] [c.103] [c.101] [c.192] [c.117] [c.131] [c.132] [c.136] [c.143] [c.72] [c.79] [c.30] [c.365] [c.61] [c.206] [c.207] [c.415]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...