![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Властивості поверхні
- •§ 1. Поверхневі|поверхових| стани|достатки|
- •Фіг. 14.2. Розширена діаграма Кроніга — Пенні (подібна фіг. 2.4, за винятком того, що шкала ординат ), що включає поверхневі стани Тамма.
- •Фіг. 14.4. Структура енергетичних зон у|біля| поверхні напівпровідника і його поверхневих|поверхових| станів|достатків|.
- •§ 2. Явищ перенесення|переносу| на поверхні
§ 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 qsc і заряду поверхневих станів qss; 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.