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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.