Природа поверхностных состояний
Экспериментально было установлено, что поверхностные состояния различаются временами захвата неравновесных носителей заряда (рис. 9.4).
Рис. 9.4. Релаксация неравновесных носителей на “быстрых” и “медленных” поверхностных состояниях
Установлено, что уровни быстрых состояний находятся непосредственно на поверхности полупроводника под слоем окиси с плотностью 1011 ¸ 1012 см–2 (в зависимости от обработки поверхности). Медленные состояния располагаются на поверхности и в объеме слоя природного или искусственного окисла. Длительность релаксации определяется необходимостью прохождения электронами слоя диэлектрика (окисла). Плотность медленных состояний 1014 ¸ 1015 см–2. Быстрые уровни являются центрами поверхностной рекомбинации и влияют на пробивные напряжения p-n переходов. 9.4. Исследование поверхностных состояний методом вольт-фарадных характеристик (ВФХ) МДП-структуры МДП – металл-диэлектрик-полупроводник. Al-SiO2-Si – структура, широко используемая как в научных, так и в практических целях. ВФХ – зависимость емкости такой структуры от приложенного напряжения. Полная емкость МДП-структуры определяется как сумма последовательных емкостей Cd (диэлектрика) и Сs (полупроводника): ; (9.23) , где d – толщина диэлектрика. Падение напряжения на структуре Ug =Us можно найти из зонной диаграммы: (9.24) где jm – термодинамическая работа выхода из металла; c – абсолютная работа выхода из полупроводника; jb – объемный потенциал (степень легирования); Eg – Ud – падение напряжения на диэлектрической пленке. В общем виде дифференциальная емкость структуры равна: (9.25) где Qg – заряд на металлическом электроде, равный по величине и противоположный по знаку заряда единицы площади полупроводника: ; Qsc – заряд ОПЗ; Qss – заряд на поверхностных состояниях. Тогда , (9.26) то есть Cs = Csc + Css . При отсутствии поверхностных состояний Qss = 0 и Css = 0. Так как при больших значениях |Ys| дифференциальная емкость Csc увеличивается, то при больших внешних напряжениях любой полярности емкость С = С(U) стремится к величине Сd. Рис. 9.5. Вольт-фарадная характеристика системы металл-диэлектрик-полупроводник p - типа При малых внешних напряжениях U (малые значения Ys) поверхностная емкость мала, включена последовательно с Сd и суммарная емкость меньше Сd и на ВФХ имеется минимум (рис. 9.5, кривая а) на низких частотах. При высоких частотах неосновные носители не влияют на поверхностную емкость и емкость структуры определяется изменением заряда в области обеднения и примерно равна минимальной емкости (рис. 9.5, кривая б).
9.5. Влияние поверхностных состояний на свойства полупроводника 1. Изменение работы выхода. Истинная работа выхода cэф = c не зависит от js (истинная работа выхода – это сродство к электрону). Термодинамически работа выхода меняется на величину ± js. 2. Уменьшение работы выхода фотокатодов. В полупроводнике p-типа оптическая работа выхода – отрыв электронов от валентной зоны (Fо). Для выхода электрона в вакуум необходимо: Fо = Eg + c (рис. 9.6). Рис. 9.6. Изменение квантового выхода фотокатодов за счет уменьшения эффективного электронного средства: cэф=c-js Отрицательное сродство к электрону можно получить за счет специальной обработки поверхности, например, нанося на поверхность Si или А3В5 слой цезия и окисляя его в кислороде. Таким образом удается резко повысить квантовый выход фотокатодов (примерно в 100 раз). 3. Поверхностная рекомбинация и поверхностные токи утечки. На несколько порядков возрастают обратные токи p-n перехода за счет токов утечки. Поверхностная рекомбинация сокращает время жизни неравновесных носителей заряда. Снижается пробивное напряжение p-n перехода.
Выводы 1. Обрыв связей на поверхности кристалла приводит к возникновению поверхностных примесных состояний. Адсорбция ионов поверхностью может изменить величину заряда поверхности. 2. Искривление энергетических зон у поверхности может привести к обогащению, обеднению и инверсии (изменению типа проводимости) приповерхностного слоя. Степень искривления зон характеризуется поверхностным потенциалом. 3. Эффект поля позволяет изменять поверхностную проводимость кристалла и определить величину поверхностного заряда. 4. В зависимости от природы поверхностных состояний они характеризуются разными временами релаксации и называются “быстрыми” (на поверхности полупроводника) и “медленными” на поверхности и в объеме оксидного поверхностного слоя. 5. Исследование вольт-фарадных характеристик (ВФХ) структуры МДП позволяет определить основные параметры поверхностных состояний и МДП-структуры. 6. Поверхностные состояния могут влиять на работу выхода электронов из кристалла, ухудшать электрические характеристики p-n переходов, определять газовую чувствительность твердотельных сенсоров.
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (480)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |