Полупроводники поверхностные состояния

Как известно, поверхностные атомы кристалла имеют ненасыщенные валентности и поэтому могут вести себя как акцепторы, принимая электроны в валентную оболочку. Это подтверждено исследованиями на чистой поверхности германия. Уровни поверхностных состояний (уровни Тамма) могут расщепляться в зоны. Они перекрываются с зонами объемных состояний, вследствие чего обнаруживается поверхностная проводимость. Кристаллы германия и кремния в обычных условиях всегда окислены с поверхности и на них могут адсорбироваться различные ионы (гл. VI). В зависимости от характера внешней среды и от способа обработки поверхности полупроводника поверхностные состояния могут иметь характер доноров и акцепторов. Если преобладают акцепторные состояния, то при их заполнении электронами создается отрицательный объемный заряд вблизи поверхности. При преобладании донорных состояний может возникнуть положительный объемный заряд. [c.250]

Подобным путем возникает акцепторное поверхностное состояние (например, при адсорбции атома кислорода на поверхности полупроводника) вследствие того, что для комплектования системы двойных электронных связей в поверхностном комплексе требуется один дополнительный электрон. Это приводит к образованию отрицательно заряженного поверхностного комплекса и свободной дырки в объеме полупроводника. Поверхностное состояние электронного энергетического уровня будет зависеть от энергии связи в поверхностном комплексе, акцептирующем электрон. Таким образом, чем больше энергия связи, тем меньше будет ( 5 — Еу). [c.416]

Рассмотренное строение двойного слоя характерно для собственных полупроводников, в которых нет ни объемных примесей (добавок), ни так называемых поверхностных состояний, обусловленных чаще всего адсорбцией чужеродных атомов. Часто полупроводник в качестве примеси содержит атомы такого вещества, благодаря которому резко увеличивается число свободных электронов п. Такие добавки называются донорами электронов. Для германия такой добавкой служит мышьяк. Поскольку произведение пр в присутствии доноров электронов остается постоянным [уравнение (28.3)1, то увеличение п приводит к соответствующему уменьшению числа дырок р--=К 1п. Поэтому проводимость таких примесных полупроводников п-типа осуществляется в основном за счет свободных электронов в зоне проводимости. Если же атомы примеси резко увеличивают число дырок в валентной зоне, то растет дырочная проводимость и соответственно уменьшается число свободных электронов п = Кз/р- Такого рода примеси называются акцепторами электронов, а полупроводники с дырочной проводимостью — полупроводниками /7-типа. Акцепторами электрона для германия служат атомы галлия. В присутствии примесей соотношение (28.2) в объеме полупроводника уже не остается справедливым. Вместо него следует записать [c.141]

Рассмотренное строение двойного слоя характерно для собственных полупроводников, в которых нет ни объемных примесей (добавок), ни так называемых поверхностных состояний, обусловленных чаще всего адсорбцией чужеродных атомов. Часто полупроводник в качестве примеси содержит атомы такого вещества, благодаря которому резко увеличивается число свободных электронов п. Такие добавки называются донорами электронов. Для германия такой добавкой служит мышьяк. Поскольку произведение пр в присутствии доноров электронов остается постоянным [уравнение (28.3)1, то увеличение п приводит к соответствующему уменьшению числа дырок р = Поэтому [c.150]

Во всех проводившихся выше рассуждениях предполагалось, что в исходном состоянии, т. е. до установления равновесия между полупроводником и металлом, концентрация носителей на поверхности полупроводника совпадала с их концентрацией в объеме. Необходимо, однако, иметь в виду, что такое предположение практически никогда не реализуется. Последнее связано с существованием так называемых поверхностных состояний, которые и определяют концентрацию носителей на поверхности полупроводника. Эти вопросы мы будем рассматривать в гл. VHI, а пока заметим, что результаты данного параграфа имеют в основном теоретическое. [c.183]

От поверхностных состояний зависят очень важные свойства полупроводника контактные разности потенциалов и эффекты выпрямления, тока, химические реакции и адсорбция, поверхностная рекомбинация электронов и дырок, поверхностная проводимость, нестабильность характеристик полупроводниковых приборов, шумы и пр. [c.251]

При этом, кроме состояний, расположенных на поверхности самого полупроводника (внутренние или быстрые ), имеются и поверхностные состояния на внешней стороне окисла (внешние или медленные ). Термины быстрые и медленные связаны с тем, что времена перехода электронов из объемных энергетических зон на поверхностные различны и составляют менее 10 с для быстрых и более 10 с для медленных состояний. [c.449]

Среди них наиболее широко применяются кондуктометрические полупроводниковые сенсоры на основе оксидов переходных металлов. Принцип действия полупроводниковых сенсоров оксидного типа основан на изменении состояния поверхностной структуры полупроводника вследствие адсорбции газа на его поверхности. Электроны адсорбированных молекул газа взаимодействуют с электронами и дырками в кристаллической решетке, что приводит к изменению поверхностного заряда. При этом общее число поверхностных состояний, которые вносят вклад в формирование поверхностного заряда, зависит от состава и парциального давления компонентов газовой среды, окружающей полупроводник. Изменение поверхностного заряда вызывает изменение сопротивления полупроводника, которое легко измерить. [c.559]

Считается, что атом на поверхности, не имеющий соседа с одной стороны, обладает иным сродством к электрону, нежели эквивалентный атом в объеме. Состояния, возникшие в результате неодинакового сродства к электрону, называются таммов-скими состояниями. Поверхностные атомы — катионы в кристаллах типа АВ — имеют свободные орбитали и обладают донорными свойствами. Видимо, эти явления будут происходить у кристаллов-диэлектриков более сложного состава. Если атомные орбитали валентной зоны — анионные, то возникающие поверхностные состояния будут обладать донорными свойствами (кислород). Таким образом, таммовские состояния могут представлять кислотные или основные центры Льюиса, т. е. акцепторные или донорные ионные поверхностные состояния . Иногда могут проявляться и донорные, и акцепторные состояния, в зависимости от условий, причем донорные и акцепторные свойства поверхностных атомов диэлектрика будут выражены сильнее, чем у полупроводников. [c.42]

Поверхностная проводимость. Если исследуемое соединение относится к классу полупроводников, поверхностная проводимость в очень большой степени зависит от природы и числа поверхностных состояний (см. [103]). [c.226]

В настоящей работе рассматриваются некоторые особенности адсорбционных и каталитических свойств полупроводника, обладающего большой плотностью поверхностных состояний. Отметим три типа таких состояний [c.146]

В настоящей работе показывается, что наличие на полупроводнике достаточной концентрации поверхностных состояний приводит к двум эффектам [c.146]

Установлено, что наличие на поверхности большой концентрации поверхностных состояний при водит к уменьшению эффектов, обусловленных заряжением поверхности при адсорбции (изменения работы выхода и электропроводности, отклонения от ленгмюровских закономерностей) и, как следствие, к увеличению адсорбционной способности полупроводника. [c.152]

Металлы, изоляторы и полупроводники обладают свободными поверхностями, наличие которых приводит, при определенных условиях, к появлению состояний, локализованных вблизи границы твердой фазы. Возможность существования поверхностных состояний такого типа впервые была предсказана Таммом [20], поэтому в литературе за ними закрепилось название таммовские состояния . [c.55]

Возможность существования поверхностных состояний была впервые рассмотрена Таммом [1], который пришел к выводу, что соответствующие им уровни лежат в запрещенной зоне. Можно предположить, что эти поверхностные состояния возникают различными путями. Они могут включать в себя уровни, получающиеся из сложных атомных уровней [2], уровни, образующиеся вследствие изменения потенциала Маделунга в поверхностной области [3] и вследствие присутствия адсорбированных веществ [4], и уровни, связанные с такими обычными поверхностными нарушениями, как трещины Смекала, спиральные дислокации и другие дефекты. Особенности уровней Тамма были теоретически рассмотрены многими авторами [5]. Предполагается, что число локализованных поверхностных состояний может соответствовать числу поверхностных атомов. Энергетические уровни, соответствующие этим поверхностным состояниям, могут быть или дискретными, или равномерно распределенными по всему промежутку между заполненной зоной и зоной проводимости. Последнего можно ожидать при высоких концентрациях примеси. Бардин [5] утверждает, что, если плотность поверхностных состояний достаточно велика (больше 10 ш ), на свободной поверхности может образоваться двойной электрический слой, возникающий вследствие поверхностного заряда, вызванного электронами, находящимися в этих состояниях. Этот заряд будет индуцировать объемный заряд противоположного знака, распространяющийся примерно на 10 см внутрь кристалла. Согласно Бардину, это приводит к независимости работы выхода электрона для таких веществ от высоты уровня Ферми внутри материала и, следовательно, к независимости ее от содержания примесей в объеме. Этот постулат распространяется и на поверхности раздела металл — полупроводник. В данном случае металл стремится расширить поверхностные состояния полупроводника. Однако, когда это расширение мало по сравнению с шириной запрещенной зоны, пространственный заряд полупро-водника не зависит от металла. В тех случаях, когда расширение значительно по сравнению с запрещенной полосой, не может быть сделано никаких выводов. [c.168]

Молекулярные кристаллы отличаются от ионных изоляторов отсутствием заряда на первичных частицах, что приводит к отсутствию в молекулярных кристаллах поверхностного потенциала. Отсутствуют также все типы диполей, найденные у металлов. В свою очередь молекулярные кристаллы отличаются и от таких полупроводников, как германий, которые имеют неспаренные электроны во всех поверхностных атомах. Эти неспаренные электроны, рассматриваемые отдельно от спаренных, вызывают появление незаполненной зоны уровней между валентной зоной и зоной проводимости. У молекулярных кристаллов таких неспаренных электронов нет, а следовательно, нет и поверхностных состояний этого типа. [c.672]

В случае примесных полупроводников, пока содержание примесных атомов невелико, остаются в силе основные соотношения, полученные для собственно полупроводников. С ростом содержания примесей поведение системы полупроводник— раствор уже не может быть описано приведенными уравнениями и зависит от природы примесных атомов. Так, в пределе для примесного л-полупр6 -водника, особенно ири высокой плотности поверхностных состояний, электрические свойства границы его с раствором приолнжаются к свойствам системы металл — раствор. [c.275]

Из (17.145), (17.146) и (17.147) следует, что коэффициент переноса, определяемый из наклонг. поляризационных кривых, может существенно изменяться в зависимости от распределения падения потенциала в зоне контакта полупроводник — раствор и концентрации поверхностных состояний. [c.380]

С другой стороны, влияние поверхностных состояний на распределение поля двойного слоя в полупроводнике качественно аналогично влиянию специфически адсорбированных ионов на распределение потенциала в ионном двойном слое. В обоих случаях происходит уменьшение скачка потенциала г)) или г Зо — за счет роста скачка потенциала в слое Гельмгольца. По аналогии со стронием границы металл — раствор, когда д=—и г1зо=0, возможны такие поверхностные состояния, при которых падение потенциала в объеме полупроводника обращается в нуль г]35=0. Поведение такого полупроводника с точки зрения двойного электрического слоя приближается к поведению метал--лического электрода. [c.142]

Вблизи реальной поверхности полупроводника за счет так называемых поверхностных состояний наблюдаются изменение энергетического состояния носирлей и искривление зон даже в отсутствие внешнего поля. [c.123]

Это повлечет за собой уменьшение концентрации вакансий в подрешетке серы, которые занимаются атомами кислорода, и понижение проводимости сульфида. Однако при достаточно высокой температуре и достаточном вакууме сера и кислород улетучиваются в виде ЗОг. При этом вновь возникают вакансии, ранее занятые атомами кислорода, и еще у/2 новые вакансии, занятые атомами серы. В результате увеличиваются концентрация вакансий в анионной подрешетке и проводимость. От поверхностных состояний зависят очень важные свойства полупроводника контактные разности потенциалов и эффекты выпрямления тока, химические реакции и адсорбция, поверхностная рекомбинация электронов и дырок, поверхностная проводимость, нестабильность характеристик полупроводниковых приборов, щумы и пр. [c.312]

Уже давно было отмечено, что проводимость приповерхностной области как легированных бором, так и не легированных (диэлектрических) алмазных пленок на воздухе часто превышает объемную проводимость алмаза [57]. Образование проводящего канала объясняли наличием поверхностных состояний на поверхности алмаза [58] (как это принято в физике полупроводников) но было вьщвинуто и электрохимическое объяснение [59]. Именно, предполагается, что на поверхности алмаза конденсируется влага в пленке воды растворены газы (например, СО ) и соли, которые образуют окислительно-восстановительную систему. Если эта система находится в электрическом равновесии с твердым телом, то при соответствующем значении электрохимического потенциала она может вызвать обогащение поверхности алмаза дырками. Аналогичным образом обстоит дело и в растворах, причем возникновение проводящего канала зависит от степени окисленности поверхности, pH раствора и других факторов [60]. Само явление образования такого канала может быть использовано при разработке электрохимического полевого транзистора , в котором ток, протекающий в канале, регулируется внешним напряжением, прикладываемым к алмазу с помощью вспомогательного электрода- сетки , находящегося в растворе [61, 62]. [c.21]

Обнаруживаемые в ряде случаев расхождения между теорией и экспериментом связаны, скорее всего, с недостаточно полными сведениями о спектральных характеристиках взаимодействующих тел. При этом возникает важный вопрос о соответствии спектральных свойств массивных образцов и их поверхностных слоев, вносящих тем больший вклад в силы молекулярного взаимодействия, чем меньше толщина прослойки между телами. Как известно, спектральные характеристики малых частиц заметно отличаются от соответствующих свойств массивных образцов [101, 102]. В особенности это касается металлов и полупроводников, где существуют, как известно, особые поверхностные состояния электронного газа, а также могут образовываться окисные (диэлектрические) поверхностные пленки той или иной толщины. Известно также, как сильно меняется структура поверхностных слоев твердых и жидких тел. Все это, кстати говоря, делает спектральные характеристики зависящими от способа их измерений. Например, при отражательной спектроскопии исследуются поверхностные слои толщиной примерно в полдлины йолны, а при просвечивающей — значительно более толстые слои. Это может быть причиной заметного расхождения имеющихся в литературе спектральных данных [38]. [c.111]

Поверхностные состояния играют важную роль в физике полупроводников. Предположение о наличии на поверхности полупроводника большой концентрации поверхностных состояний позволило Бардину [2] объяснить чрезвычайно интересный опытный факт независимости работы выхода полупроводника от положения уровня Ферми в его объеме. В случае германия или кремния именно эти состояния (расположенные, по-видимому, на поверхности окисной пленки) ответетвенны за явления медленной релаксации, наблюдаемые в опытах по эффекту поля [3 по измерению проводимости канала а п-р-п (или р-п-р) переходе [4] и в опытах по поверхностному фотоэффекту. [c.146]

Эта особенность поверхности с достаточно большой концентрацией поверхностных состояний позволяет рассматривать ее по аналогии с простейшей моделью поверхности адсорбента, изученной в первых рабо тах по статистике хемосорбции на полупроводниках [8, 10, 11] и в которой уровень Р отыскивался из условия нейтральности одной лишь поверхности. Кроме того, эта особенность квазиизолированной поверхности сближает ее с поверхностью очень тонкого полупроводника (с толщиной -С/, где / — длина экранирования), уровень Ферми Р Р,,,в котором, как известно, фиксирован условием нейтральности поверхности [12]. [c.149]

Для того чтобы выяснить, как влияют поверхностные состояния на заряжение по1верхности при хемосорбции и величину обусловленных ими эффектов, сравним две поверхности одного и того же полупроводника, отличающиеся лишь тем, что на одной из них до адсорбции отсутствуют какие бы то ни было состояния, а на второй имеются, вообще говоря, как донорные, так и акцепторные состояния, не созданные адсорбцией рассматриваемого газа (они могут быть созданы структурными дефектами поверхности или хемосорбированными молекулами другого газа). В большой степени условно будем называть эти поверхности соответственно идеальной и реальной . [c.150]

Поверхностные уровни на полупроводниках типа Ое образуются свободно торчащими 5-орбитами, которые энергетически выгоднее р-о.рбит и могут захватить электрон [376]. Возможно, что данные Фролова и Раджабли [377], не нашедших различия в каталитической активности п- и р-Ое, дробленного в вакууме, по отношению к дегидрированию изо-СдН,ОН, объясняются влиянием очень большого числа поверхностных состояний, образовавшихся при дроблении. [c.114]

При отсутствии адсорбции влияние поверхности следует все-таки иметь в виду, хотя у молекулярных кристаллов оно проявляется совершенно по-другому, чем у металлов [92], в которых свободно движущийся в зоне проводимости электрон, прежде чем оторваться, должен преодолеть потенциальный барьер. Существование поверхностных состояний в некоторых полупроводниках, например германии и кремнии, хорошо известно [71 было показано, что эти состояния могут оказывать влияние на различные свойства, в том числе на контактные потенциалы. Пикус [115] изучал фотоэмиссию с поверхностных слоев полупроводников и диэлектриков. Он установил, что в случае заполненных или полузаполненных поверхностных зон поверхностный фототок составляет значительную часть общего фототока полупроводника. [c.686]