Поверхностные электронные состояния, их влияние на контактные явления.

Поверхностные состояния возникают на поверхности кристалла из-за обрыва связи кристаллической решетки и адсорбций примеси на поверхности и слое.

Поверхностные состояния, возникающие из-за обрыва, наз. собственными, и они образуют 2-х мерные энергетические зоны, которые накладывают на объемные зоны кристалла, а также на з.з. Энергия электронов определяется компонентами квазиимпульса P_║, параллельными поверхности (если поверхность при x=0, то – Py и Pz).

Несобственные поверхностные состояния образуют поверхностные примесные центры – им соотв. дискретные уровни Es.

Зонные модели полупроводников с поверхностными состояниями

Поверхностный потенциал φS

Поверхностные состояния действуют на акцепторы или доноры.

Полупроводник n-типа

ПС – акцептор (ненасыщенная оборванная связь)

ПС – акцептор забирает электрон из приповерхностного слоя полупроводника – вследствие чего образуется «-» заряд на поверхности и «+» заряд в объеме полупроводника.

Двойной слой заряда приводит к возникновению электрического поля Е и электрического потенциала - поверхностный потенциал = разности потенциалов между поверхностью и объемом.

Глубина проникновения электрического поля = глубине экранирования :

Энергетические зоны (уровни Е_С и Е_V) будут искривлены вверх:

E_C0 , E_V0 – уровни в объеме.

Таким образом приповерхностный слой будет обеднен основными носителями заряда и будет иметь проводимость ниже, чем объём.

ПС – донор – приповерхностный слой, обогащается основными носителями заряда и имеет повышенную проводимость

Т.о. ПС изменяют проводимость поверхности и искривляют энергетические уровни. Следовательно, будут влиять на явления в контактах.

Поверхностный потенциал

,

- плотность поверхностного заряда,

=

- плотность поверхностных состояний

- изменение электрического потенциала в приповерхностном слое

Поверхностная проводимость:

- избыточная проводимость, рассчитанная на единицу поверхности.

и - подвижности в приповерхностном слое

Эффект поля

- изменение под действием внешнего поля.

П/п помещают в конденсатор, на который подают внешнее напряжение U, что изменяет Q_S и

Эффект используют для исследования поверхностных состояний

Влияние ПС на контактную разность потенциалов в структурах с барьером.

При большой плотности состояний они концентрируются вблизи середины запрещённой зоны

И фиксируют уровень ферми вблизи ур Ei

Это приводит к тому что контактная разность потенциалов не зависит от типа проводимости полупроводника и природы металла

НАНОГЕТЕРОПЕРЕХОД

на двухмерном электронном газе

- квантово размерные структуры на ультратонких ⁿ/_n слоях (толщина слоя сравнима с длиной волны Де-Бройля электронного (дырочного) газа, которая составляет в твердом теле нанометры.

Квантование энергии электронов и дырок в полупроводнике

Ультратонкий слой

Размер ⁿ/_n ограничен в направлении z - электронов не могут свободно двигаться в этом направлении, а в плоскости XY ведут себя как свободные электроны с массой m*

Ограничение движения электронов по оси z – приводит к образованию двух бесконечных потенциальных барьеров U_D, расположенных на расстоянии Lz

Поэтому электроны (Блоховские) волны будут отражаться от барьеров, и электроны будут соответствовать не бегущие, а стоящие волны.

Стоячим волнам соответствуют компоненты волн. В.

K_Zn = 2П/λ_ll = П/L_z• n

n = 1 – основное состояние электронов в Я

Значению K_Z (n = 1) соответствует изменению энергии

ẽ : ∆E = ђ²/2m* (П/ L_z)² – это энергия размерного квантования или квантово измерения эффективности

Энергетический спектр двумерного электрона - газа (2∆)

Е (n, k_x, k_y) = E_n + ђ²/2m^x(k_x² + k_y²)

E_n = ђ²/2m^x (П/Lz•n)²

2D – наногетеропереход

Плотность состояний N_c^2D

95