Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 5

На реальной поверхности п/п, находящегося в контакте с окружающей атмосферой, поверхностные состояния возникают также и вследствие адсорбции примесей (атомов или ионов). Такие примеси, как кислород и окись углерода, выступают в качестве доноров электронов или ведут себя как акцепторы. В зависимости от сил, связывающих адсорбированные частицы с поверхностью п/п, имеет место физическая или химическая адсорбция (хемосорбция). Физическая адсорбция определяется силами электростатического происхождения (силы Ван-дер-Ваальса), и энергия связи в этом случае составляет величину порядка (0.01-0.1)эВ.

Химическая адсорбция возникает, когда адсорбированные молекулы связанны с полупроводником силами обменного типа. В силу этого энергия связи при хемосорбции значительна и составляет 1эВ.

На поверхности п/п могут также находиться центры рекомбинации и центры прилипания. Энергетические уровни этих поверхностных состояний обычно располагаются в запрещенной зоне значительно ниже дна зоны проводимости или выше валентной зоны.

Поверхностный заряд притягивает носители из объема п/п в приповерхностную область. В результате этого возникает двойной заряженный слой. В металле, где концентрация свободных носителей (электронов) составляет , нейтрализация поверхностного заряда происходит уже на расстоянии .Такой тонкий слой не может существенно сказываться на свойствах всего кристалла. У п/п  концентрация свободных носителей значительно меньше, поэтому область пространственного заряда проникает достаточно глубоко в кристалл. Наличие у п/п поверхностного заряда изменяет его энергетическую схему в приповерхностной области (нейтрализация двойного заряженного слоя в п/п происходит на расстоянии ).

Рассмотрим образование  приповерхностного слоя объемного заряда на примере электронного п/п, на поверхности которого имеются акцепторные уровни , (индекс s относится к поверхностному состоянию) расположенные ниже уровня Ферми в объеме материала.

Электроны зоны проводимости будут стремиться заполнить поверхностные состояния. Если плотность поверхностных состояний , то при заполнении всех поверхностных состояний на каждой единице площади  поверхности возникает отрицательный заряд, равный . В приповерхностном слое при этом появится обедненный электронами слой, обладающий положительным пространственным зарядом, и возникает электрическое поле, направленное к поверхности п/п. Наличие электрического поля в приповерхностном слое п/п приводит к изгибу энергетических зон вблизи поверхности п/п. Если через  обозначить величину изгиба зоны проводимости на поверхности, то - это поверхностный потенциал.

В приповерхностном слое электронного п/п в зависимости от положения границы его зон относительно уровня Ферми, в общей сложности можно выделить две области. Область I так называемая область обеднения, для которой проводимость меньше чем в объеме п/п, и область II, так называемый инверсионный слой, для которого имеет место изменение типа проводимости.

Образование инверсного слоя зависит от степени легирования образца. Для образования инверсного слоя у п/п, проводимость которого сильно отклоняется от собственной, требуется большое значение потенциала .

Если в результате наличия поверхностных состояний зоны электронного п/п изгибаются вниз, то образуется область обогащения. В этом случае концентрация основных носителей у поверхности больше, чем в объеме.