В равновесных условиях.

Поверхностные состояния.

На поверхности полупроводников или на границе раздела полупроводника с каким-либо веществом происходит изменение энергетического спектра электронов по сравнению с объемом полупроводника. Это различие объясняется наличием на поверхности полупроводников поверхностных состояний (ПС). Они пространственно локализованы на границе раздела полупроводника с какой-либо средой (диэлектрик, металл, газ, электролит, вакуум), имеют энергетическое положение в запрещенной зоне полупроводника и изменяют свое зарядовое состояние в зависимости от положения уровня Ферми на поверхности полупроводника.

По зарядовому состоянию ПС, так же как и объемные состояния в запрещенной зоне полупроводника, бывают двух типов – донорные и акцепторные.

Рис. Эффект поля в собственном полупроводнике.

По физической природе поверхностные состояния разделяются на четыре основных:

- поверхностные состояния типа Тамма (обрыв периодической решетки кристалла);

- поверхностные состояния типа Шокли (ненасыщенные химические связи атомов, находящихся на поверхности);

- поверхностные состояния, обусловленные дефектами кристаллической решетки на поверхности;

- поверхностные состояния, обусловленные примесью на поверхности полупроводника.

Зонная диаграмма приповерхностной области полупроводника

в равновесных условиях.

Состояния донорного типа положительно заряжены, если расположены выше уровня Ферми, и нейтральны, если расположены ниже уровня Ферми. Состояния акцепторного типа нейтральны, если расположены выше уровня Ферми, и отрицательно заряжены, если расположены ниже уровня Ферми.

Поскольку заряд свободных носителей или ионизованных доноров пространственно распределен в приповерхностной области полупроводника и эта область не является электронейтральной, она получила название область пространственного заряда (ОПЗ).

Рис. Зонная диаграмма приповерхностной области полупроводника n -типа при различных состояниях поверхности (ψ_s - поверхностный потенциал):

а) обогащение; б) обеднение; в) слабая инверсия; г) сильная инверсия.

В зависимости от направления и величины внешнего электрического поля, типа полупроводниковой подложки различают 4 состояния поверхности полупроводника: обогащение, обеднение, слабая инверсия и сильная инверсия.

Обогащение – состояние поверхности полупроводника, когда поверхностная концентрация основных носителей больше, чем концентрация основных носителей в нейтральном объеме.

n -тип	n s > n 0	зоны изогнуты вниз	ψ s > 0
p -тип	p s > p 0	зоны изогнуты вверх	ψ s < 0

Обеднение – состояние поверхности полупроводника, когда поверхностная концентрация основных носителей меньше, чем концентрация основных носителей в квазинейтральном объеме, но больше, чем поверхностная концентрация неосновных носителей.

n -тип	p s < n s < n 0	зоны изогнуты вверх	ψ s < 0
p -тип	n s < p s < p 0	зоны изогнуты вниз	ψ s > 0

Переход от состояния обогащения к состоянию обеднения происходит при значении поверхностного потенциала ψ _s = 0, получившем название потенциала «плоских» зон. При этом концентрации основных и неосновных носителей на поверхности и в объеме совпадают.

Слабая инверсия – состояние поверхности полупроводника, когда поверхностная концентрация неосновных носителей больше, чем поверхностная концентрация основных, но меньше, чем концентрация основных носителей в квазинейтральном объеме. Изменяется тип проводимости в приповерхностном слое.

n -тип	n s < p s < n 0	зоны изогнуты вверх	ψ s < 0
p -тип	p s < n s < p 0	зоны изогнуты вниз	ψ s > 0

Переход от области обеднения к области слабой инверсии происходит при значении поверхностного потенциала , соответствующем состоянию поверхности с собственной проводимостью

.

Сильная инверсия – состояние поверхности полупроводника, когда поверхностная концентрация неосновных носителей больше, чем концентрация основных носителей в квазинейтральном объеме.

Дата добавления: 2015-07-08