§ 2. Явищ перенесення|переносу| на поверхні

Поверхневий|поверховий| опір вимірюється стандартним чоти|рьохзондовим| методом. Оскільки товщина d шару накопичення заряду або інверсійного шару не відома, виміряна|виміряти| величина є|з'являється| не дійсною питомою електропровідністю σ, а електропровідністю на одиницю площі .

На фіг. 14.6 показана зміна поверхневій електропровідності, коефіцієнта Холла, а також концентрації поверхневих носіїв заряду, викликане осіданням кисню на поверхню кристала (фактично тиском кисню), після того, як поверхня була очищена іонним бомбардуванням і подальшою термічною обробкою). По зміряних значеннях коефіцієнта Холла і поверхневою електропровідністю можна розрахувати холлівську рухливість :

(14.2.1)

і знайти надлишкову концентрацію ∆р носіїв поверхні:

(14.2.2)

де індекс нуль|нуль-індикатор| указує|вказує| на умову плоских зон.

Експериментальне визначення поверхневої провідності можливе тільки у тому випадку, коли об'ємна провідність нехтує мала. Наприклад, результати, представлені на фіг. 14.6, отримані на германії з об'ємною провідністю n - типу ρ = 20 Ом·см. Згідно уявленню про неспарений зв'язок, чиста поверхня повинна володіти провідністю р-типу. Тому можна чекати, що об'єм n - типу буде покритий інверсійним шаром. Це положення не змінюється при зростанні тиску кисню до 10^-7 мм рт. ст. При більшому тиску відбувається поглинання кисню поверхнею, внаслідок чого поверхневий заряд зростає, досягаючи максимуму при тиску 10^-6 мм рт. ст. При тиску, 10^-1 мм рт. Ст. що перевищує. ст., поверхневий заряд малий («умова плоских зон»). Вигин зон в максимумі відповідає зміні поверхневого потенціалу, рівній приблизно 0,25 еВ.

Фіг. 14.0. Залежність поверхневої|поверхової| провідності (а) коефіцієнта Хол­ла (б) і поверхневій|поверховій| концентрації носіїв (в) в германії від тиску| атмосфери кисню .

Перед впусканням кисню поверхня кри­сталу| очищена|обчищена| шляхом аргонової бомбардування|, і потім|і тоді| кристал підданий відпалу|; А — провідність до очищення|очистки|

Ефект поля дозволяє в ході експеримен­та| змінювати|зраджувати| поверхневий|поверховий| потенціал, не змінюючи| навколишнього середовища. Поверхнева|поверхова| провоідність| змінюється перпендикулярним|перпендикуляр| по­верхні| електричним полем, яке створене | ємкісним|місткість| методом . У цьому полягає принцип роботи польового транзистора (фіг. 5.16). При даному значенні напруженості електричного поля Е заряд, що індукується на одиниці площі поверхні напівпровідника, рівний q = хх₀Е. Він складається з об'ємного заряду q_sc і заряду поверхневих станів q_ss; останній, по припущенню, рухомий, і тому зміна провідності майже повністю обумовлена зміною об'ємного заряду. Рухливість по ефекту нуля визначимо як

(14.2.3)

де — надмірна поверхнева провідність в порівнянні з поверхневою провідністю за умови плоских зон. На фіг. 14.7 показана лампа для вимірювання величин і , а на фіг. 14.8 — залежність рухливості від часу після введення в лампу кисню при тиску 10^-6 – 10^-7 мм рт. ст. Рухливість негативна і по порядку величини складає 100 см²/(В·с); вона не пов'язана з рухливістю носіїв в об'ємі кристала.

Фіг. 14.7. Схема лампи, використовуваної для вимірювань|вимірів| поверхневої|поверхової| провідності і рухливості по ефекту поля . 1—відкачування; 2 — ковар; 3 — сільфон з монеля; 4— польовий зонд; 5 — кристал германію; 6 — молібденові провідники; 7 — збірка; 8 — скляна колба

Між об'ємним зарядом і поверхневим|поверховим| потенціалом є|наявний| однозначна залежність, яка виходить з рівняння| Пуассона. На фіг. 14.9 показана залежність надмірної|надлишкової| провідності від (розрахованого) об'ємного заряду, а також від (зміряного) повного індукованого заряду; на розрахунковій кривій вказані значення поверхневого потенціалу в одиницях . При значеннях параметрів, відповідних правій гілці графіка, поверхня має провідність, р - типу, і позитивний приріст об'ємного заряду приводить до зростання провідності; для лівої гілки поверхня має провідність n-типу, і позитивний приріст об'ємного заряду приводить до зменшення числа електронів, тобто до зменшення провідності. Внаслідок|внаслідок| різної рухливості| електронів і дірок мінімум|мінімум-ареал| надмірної|надлишкової| провідності зміщений щодо|відносно| нуля|нуль-індикатора| об'ємного заряду. На основі вимірювань| цього мінімуму|мінімум-ареалу| провідності можна визначити поверх­невий| потенціал для всіх значень повного|цілковитого| індукованого заряду.

Фіг. 14.8. Залежність інтенсивності плями дифракції повільних електро­нів| (а), поверхневій|поверховій| провідності (б) і рухливості по ефекту поля (в) від тиску|тиснення| атмосфери кисню над чистою| поверхнею (111) кристалу гер­манію| .

Всі залежності отримані одночасно. Справа тиск приблизно відповідає моноатомному шару. 1—відблиск напівцілого порядку; 2 — відблиск цілого порядку.

У одному з експериментів по ефекту поля окрім|крім| по­стійного| електричного поля прикладалося змінне поле, наприклад частоти 30 Гц; була отримана|одержувати| залежність перемінної| провідності, що становила, від змінного напруги| за різних умов (фіг. 14.10). Експериментальна крива на фіг. 14.9 насправді виявилася такою, що складається з частин|часток|, показаних на фіг. 14.10. Кисень створює поверх­ня| n-типу|, а водяна пара — поверхня р-типу|, що може бути наслідком дипольних властивостей молекул води.

Фіг. 14.9. Залежність зміни поверхневій провідності від повного індукованого заряду (крива 1, експеримент) і від об'ємного заряду (крива 2, теорія) .

Фіг. 14.10. Осцилограми зміни провідності, викликаного|спричиняти| зміною індукованого заряду для різних видів газового оточення кри­сталу| германію р-типу| .

1— атмосфера сухого кисню; 2— озон; 3 — через 1 хв. після видалення озону (відновлюється атмосфера кисню); 4 — через 4 хв. після видалення озону; 5 — вологе повітря; 6 — через 3 хв. після видалення вологого повітря.

Вимірювання ефекту поля проводилися також з метою визначення швидкості поверхневої рекомбінації S. Розрахунки залежності швидкості S від поверхневого заряду виконали Мені і Герліх. Поверхневу рухливість як функцію висоти бар'єру розрахував Шріффер. У інших експериментах зміна поверхневого потенціалу проводилася шляхом освітлення. З технічної точки зору представляють інтерес також поверхневі шуми. При вимірюваннях фотоелектронної емісії одним з головних питань є питання про те, як відрізнити внесок поверхневих станів від внеску різних об'ємних станів. Цікаве також питання про емісію електронів, що запізнюється, з|із| поверхні, навколо|навкруг| якої все ще продовжується|триває| полеміка. Після|потім| електрон­ного| бомбардування (~1 кеВ|) або ультрафіолетового випромінювання| германій випускає електрони. Емісія зменшується з часом|згодом|, що пройшов|минав| після|потім| припинення збудження. При зростанні температури в емісії електронів можна зареєструвати| максимуми, аналогічні кривим свічення фосфору. Вважають|гадають|, що емісія відбувається|походить| із заповнених поверхневих| станів|достатків|, в яких енергія близька енергії вільного електрона у вакуумі. Оскільки|тому що| струм|тік| емісії настільки малий, що за допомогою фотопомножувача і лічильника імпульсів детектується| кожен окремий електрон, встановити кореляцію цих результатів з|із| іншими поверхневими|поверховими| явищами не вдалося.