Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Полупроводники пространственный заряд

    Как уже было сказано, поверхностные состояния, лежащие в запрещенной зоне, могут быть заполнены (дырками или электронами), что связано с образованием вблизи поверхности полупроводника пространственного заряда (потенциального барьера). Образуемое поверхностным и пространственным зарядами сильное электрическое поле, направленное нормально к поверхности, препятствует дальнейшему переходу носителей на поверхностные уровни. Высота потенциального [c.21]


    Строение электрического слоя на границе полупроводник—электролит усложняется наличием у поверхности полупроводника пространственного заряда Поэтому в отличие от металлических электродов межфазовая граница раздела полупроводник—электролит состоит из трех слоев гельмгольцевского, диффузного и слоя пространственного заряда, причины возникновения кото- [c.12]

    Из выражений (130), (131) и (132) следует, что большие значения контактной разности потенциалов, диэлектрической проницаемости и температуры способствуют расширению слоя пространственного заряда, а возрастание общей концентрации носителей заряда приводит к уменьшению эффективной толщины этого слоя. Для правильного понимания сказанного необходимо обратить внимание на двойное влияние температуры, которая, с одной стороны, способствует увеличению толщины слоя пространственного заряда, а с другой стороны может определять концентрацию носителей заряда, как это имеет место у полупроводников. [c.156]

    При контакте тел с умеренной концентрацией носителей, например, полупроводников или разбавленных электролитов, эффективная толщина слоя пространственного заряда много больше и колеблется в пределах 0,1—10 мк 1 мк = 10 А [c.157]

    Согласно сказанному в 26, следует ожидать, что при контакте полупроводника с металлом подавляющая часть контактной разности потенциалов распределяется в слое пространственного заряда полупроводника. При этом на границе раздела должны образоваться два последовательно расположенных потенциальных барьера—электростатический и начальный. Оказывается, что в некоторых частных, но важных случаях, на границе раздела возникает потенциальный барьер простейшей формы и вольт-амперная характеристика такого контакта соответствует вольт-амперным характеристикам р—р + (п—п ) или р—п(п—р) переходов. [c.178]

    Если полупроводник п типа находится в контакте с металлом, у которого работа выхода электронов значительно меньше, чем у полупроводника, то в полупроводник переходит часть электронов металла. Поскольку по условию концентрация свободных электронов в объеме полупроводника достаточно велика, то их термодинамическая концентрация на контактной поверхности может приблизиться к единице. Для того чтобы оценить реальность сделанного предполол<ения, следует вычислить необходимый для этого скачок электростатического потенциала в слое пространственного заряда полупроводника, а затем сравнить величину полученного скачка с величиной контактной разности потенциалов между рассматриваемыми телами. Если при этом окажется, что скачок электростатического потенциала меньше контактной разности потенциалов, то сделанное выше предположение должно оправдаться. [c.179]


    При выполнении этого условия, т. е. в том случае, когда контактная разность потенциалов между полупроводником и металлом превосходит по величине 0,5—1 в, а по знаку соответствует обогащению полупроводника неосновными носителями, на поверхности последнего возникает так называемый инверсионный слой. Из сказанного понятно, что основные носители в объеме полупроводника и в инверсионном слое на поверхности имеют противоположный знак. Так, в разобранном выше примере основными носителями в объеме кристалла являются дырки, а основными носителями на поверхности — свободные электроны. Отсюда следует, что потенциальный барьер в слое пространственного заряда полупроводника соответствует образованию р—п перехода. Поскольку термодинамическая концентрация носителей заряда на контактной поверхности полупроводника близка к единице, то потенциальный барьер между этой поверхностью и металлом практически отсутствует. Поэтому в рассмотренном случае, так же как и в предыдущем, на границе раздела образуется потенциальный барьер простейшей формы. Вольт-амперная характеристика этого барьера совпадает с вольт-амперной характеристикой р—п перехода. Сказанное поясняется энергетической диаграммой, приведенной на рис. 50. Из диаграммы видно, что равновесная высота потенциального барьера, расположенного в слое пространственного заряда полупроводника, равна расстоянию между уровнем электрохимического потенциала и уровнем наиболее удаленной от него зоны (проводимости или валентной) в объеме полупроводника. [c.181]

    Поверхностный потенциал. Параметры большинства полупроводниковых приборов весьма существенно зависят от концентрации носителей заряда вблизи поверхности кристалла. Из сказанного ранее следует, что эта величина однозначно определяется величиной контактной разности потенциалов в слое пространственного заряда полупроводника и концентрацией носителей в объеме кристалла [см. формулу (149)]. Заметим теперь, что поверхностная концентрация носителей заряда может быть выражена только через один параметр [c.207]

    В полученных выражениях положительное значение поверхностного потенциала соответствует избыточной концентрации электронов, а отрицательное — дырок. В случае, когда = О, концентрации дырок и электронов на поверхности становятся равными и такая поверхность называется собственной. На рис. 58 изображена энергетическая диаграмма поверхности полупроводника. Изгиб зон на этой диаграмме соответствует падению контактного потенциала в слое пространственного заряда, а расстояние [c.208]

    Для полупроводника р-типа, покрытого слоем термического окисла, энергетические зоны также изгибаются вниз вследствие обеднения поверхности дырками (что эквивалентно обогащению поверхности электронами), ч в приповерхностном слое может возникнуть инверсионный слой п-типа (рис. 72, б). Изучение изгиба энергетических зон и области пространственного заряда удобно проводить на МОП-струк-турах (металл—оксид—полупроводник), представляющих собой конденсатор, одной из обкладок которого служит металлический электрод, напыленный на поверхность окисла, другой — полупроводниковая подложка, а слой 5102 служит диэлектриком. Емкость МОП-конден-сатора зависит от полярности и величины приложенного внешнего напряжения, поскольку первоначально существующий в системе изгиб зон может при этом увеличиваться или уменьшаться. [c.125]

    Для кремния п-типа (рис. 73, а) положительное смещение на металлическом электроде приводит к возникновению тонкого обогащенного электронами (вплоть до вырождения) приповерхностного слоя в кремнии. Область пространственного заряда в полупроводнике очень узка, емкость МОП-конденсатора максимальна и практически не зависит от величины положительного потенциала (область I). В условиях обогащения, таким образом, [c.125]

    С приложением небольшого отрицательного смещения на металлическом электроде наступает обеднение приповерхностного слоя носителями за счет отталкивания электронов в глубь полупроводника, область пространственного заряда расширяется, и емкость МОП-конденсатора, падает (область II). В этом случае структуру можно рассматривать как,два последовательно соединенных конденсатора. Емкость первого из них определяется слоем диэлектрика и постоянна (Со = езю / зю,), а емкость второго все время уменьшается и зависит от диэлектрической проницаемости кремния 51. и изменяющейся толщины области пространственного заряда (1 Б нем  [c.126]

    Если кислород или другое электроотрицательное вещество химически адсорбируется на поверхности полупроводника л-типа, например на оксиде цинка, на германии и др., то атомы кислорода отбирают электроны от полупроводника и образуют на поверхности отрицательные ионы. Отрицательный заряд ионов кислорода может компенсироваться положительным пространственным зарядом в полупроводнике (в поверхностном барьере). Увеличение адсорбции повышает высоту барьера, из-за чего уменьшается скорость адсорбции и она ограничивается. Поглощение каждого атома кислорода уменьшает поверхностную проводимость полупроводника, так как в нем уменьшается число основных носителей заряда (число электронов). При значительной химической адсорбции кислорода на п-германии в объеме, примыкающем к поверхности, может даже возникнуть р-тип проводимости. Толщина слоя с обращенной проводимостью (инверсионный слой) достигает 1 мкм. [c.251]


    Рассеяние носителей заряда происходит и на других нарушениях решетки, например на дислокациях. Дислокацию в полупроводнике электронного типа можно уподобить линейному отрицательному заряду в виде бесконечно длинного цилиндра радиуса Я, вокруг которого имеется положительный пространственный заряд. Расчет показывает [Ю], что при рассеянии носителей заряда на дислокациях время релаксации не зависит от температуры кристалла, а определяется плотностью дислокаций Мо и скоростью ь рассеиваемого заряда, согласно выражению [c.251]

    Адсорбированные частицы являются ловушками, вообще говоря, для электронов и дырок адсорбента. Вследствие этого при адсорбции паверхность полупроводника заряжается и в его объеме индуцируется пространственный заряд противоположного знака. Заряженная молекула адсорбата находится в поле, созданном пространственным зарядом и всеми остальными заряженными адсорбированными молекулами. Это взаимодействие учитывается само собой, если считать (как было сделано выше), что каждая заряженная адсорбированная молекула находится в поле с потенциалом ср , который может быть найден из уравнения Пуассона с соответствующими граничными условиями. Существенно- [c.140]

    Изменение о полупроводниковых высокодисперсных адсорбентов при адсорбции может происходить как за счет заряжения поверхности и изменения концентрации носителей в области пространственного заряда, так и за счет возникновения барьеров между частицами. Сопоставление полученных данных с измерениями о при адсорбции кислорода (нейтральная форма хемосорбции) [5], а также с измерениями а в схеме переменного тока (1 кгц) дают основание утверждать, что в нашем случае имеют место оба фактора. Поскольку влияние адсорбции инертных газов на электропроводность полупроводника обнаружено впервые, были поставлены дополнительные опыты для проверки корректности эксперимента. Для этого изучалось влияние вводимых, точно измеряемых примесе кислорода до 10 мм рт. ст. парциального давления. Выяснилось, что адсорбция кислорода в данном случае приводила только к необратимым изменениям о. Тепловые эффекты, вызванные изменениями теплопроводности газа, не дали заметного вклада в величину сг. Наши результаты приводят к выводу, что физическая неспецифическая адсорбция инертного газа при комнатной температуре приводит к изменению электронного спектра поверхности двуокиси титана. [c.108]

    Для полупроводников при хемосорбции возможно заряжение приповерхностного слоя, т. е. возникновение пространственного заряда, что эквивалентно дальнодействующим силам отталкивания между частицами. [c.28]

    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]

    Ряд работ был посвящен изучению релаксационных свойств поверхности раздела германий/электролит. При изменении потенциала полупроводникового электрода релаксация пространственного заряда в полупроводнике и заряда электростатически адсорбированных ионов в двойном слое,, поскольку этот процесс не связан с диффузией, протекает практически мгновенно. Процессы адсорбции и десорбции, напротив, идут сравнительно медленно поэтому при наличии адсорбционных слоев на электроде равновесие устанавливается за длительное время. [c.15]

    К настоящему времени проведены обширные исследования поверхностей раздела металл— электролит и полупроводник— электролит. Поверхность раздела полупроводник—электролит интересна тем, что/для полупроводника характерна низкая плотность электронов, которую к тому же можно регулировать иными словами, вводя в объем твердого тела подходящую примесь, можно изменять положение уровня Ферми. Кроме того, в полупроводниках заряд не сосредоточен непосредственно на поверхности, как в металлах, а распределен в пределах слоя пространственного заряда, проникающего на значительную глубину полупроводника. Эти факторы определяют дополнительные способы контроля поверхностей раздела, которые нельзя осуществить при исследовании металлов. [c.194]

    Анодное растворение полупроводников во многом напоминает анодное растворение металлов, но лимитирующей стадией может быть скорее перенос заряда внутри твердого тела, а не на границе раздела или в растворе. Анодное растворение сопровождается исчезновением дырок на поверхности полупроводника, и скорость процесса может определяться скоростью их перемещения к поверхности. Скорость перемещения зависит от формы пространственного заряда, которая в свою очередь определяется свойствами массивного вещества и характером дефектов полупроводника. Иллюстрацией к сказанному может служить анодное травление образцов Се р- и п-типа с различными удельными сопротивлениями (рис. 90). При электролитическом травлении катодная реакция происходит на отдельном электроде. При низких скоростях травления для полупроводников п-типа нет ограничений в перемещении дырок к поверхности, но при высоких скоростях они возникают. Это более заметно на образцах /г-типа с низким сопротивлением вследствие низкой концентрации дырок. В полупроводниках р-типа подобные ограничения отсутствуют вследствие наличия в них достаточно большого числа дырок. Облучение полупроводников -типа увеличивает приток дырок, а, следовательно, и скорость травления. [c.196]

    Электрические свойства рассмотренного контакта должны совпадать со свойствами п— + перехода. Действительно, потенциальный барьер, расположенный в слое пространственного заряда, обла,цает вольт-амперной характеристикой именно такого перехода, а потенциальный барьер непосредственно на границе раздела с металлом отсутствует. Последнее соответствует невыпрямляющему контакту к обогащенной поверхности полупроводника. [c.180]

    Рассмотрим изменение зарядового состояния поверхности кремния п-типа, покрытого слоем термически выращенного 5102. Окисел, примыкающий к границе раздела 51—510а, сильно дефектен по кислороду, причем концентрация кислородных вакансий достаточно резко убывает к поверхности окисла. Поскольку с кислородными вакансиями ассоциирован положительный заряд, максимальный у границы раздела, то наблюдается обогащение электронами приповерхностного слоя кремния. Это обогащение приводит к изгибу энергетических зон вниз (рнс. 72, а) даже при отсутствии внешнего поля. Поскольку пространственный заряд сконцентрирован в очень небольшом слое вблизи границы 5 1 — Оз, то возникающее при этом собственное электрическое поле весьма значительно, что и приводит к сильному искривлению зон в приповерхностном слое полупроводника. Обычно до п-вырождения дело не доходит, но при наличии в окисле значительного количества положительных ионов примеси (особенно щелочных металлов) искривление зон настолько велико, что иногда может наблюдаться металлизация поверхности. Это, в частности, является причиной тангенциальных (поверхностных) утечек в полупроводниковых приборах. [c.125]

    Рисунок 13 — это известные графики Мотта—Шотгки для полупроводниковых электродов [6]. Физически график Мотга—Шотгки отражает зависимость толщины области пространственного заряда (точнее — обедненного слоя) в полупроводнике от потенциала Е  [c.28]

    Продолжим уточнение эквивалентной схемы алмазного электрода. Можно бьшо бы думать, что эквивалентная схема является синтезом двух схем, рис. 12 6 и рис. 12 в, а именно, в ней одновременно присутствуют частотнонезависимая емкость области пространственного заряда и элемент постоянной фазы (СРЕ), описываюший частотную зависимость отклика электрода, какова бы ни была ее природа (об этом см. ниже, раздел 5.3). Такая эквивалентная схема была предложена, например, для электрода из полупроводника InP [113] она содержала одновременно оба элемента — и СРЕ, — соединенные параллельно друг другу. Разделить эти два элемента можно, экстраполируя частотную зависимость суммарной измеренной емкости алмазного электрода С на бесконечную частоту действительно, при f <х остается лишь поскольку емкостная составляющая СРЕ стремится к нулю [см. формулу (3)]. Попытка такого определения сделана в работе [114] (рис. 15). Использовалась система координат в которой частотная зависимость емкостной части СРЕ спрямляется, поскольку для исследованного образца а = 0,7. Оказалось, что экстраполированные прямые проходят через начало координат, т. е. [c.33]

    В зависимости Кр от р проявляется влияние распределения потенциала на границе раздела алмаз/раствор электролита на кинетику реакций на полупроводниковом алмазном электроде. На идеальном полупроводниковом электроде скачок потенциала в слое Гельмгольца мал по сравнению со скачком потенциала в области пространственного заряда [6[, а храницы энергетических зон и (рис. 32) как бы закреплены на поверхности полупроводника независимо от уровня легирования, следовательно, от концентрации свободных носителей в полупроводнике (последняя обратно пропорциональна удельному сопротивлению алмаза, если считать, что подвижность основных носителей не зависит от уровня легирования, что, конечно, является упрощением, см. раздел 3.2.). Закрепление же границ зон на поверхности означает, что концентрация свободных носителей на поверхности не зависит от уровня легирования. [c.57]

    Из рис. 46 видно, что с ростом катодной поляризации абсолютная величина фототока увеличивается. О природе этого эффекта можно догадаться, обратившись к рис. 47, на котором отложен квадрат фототока, как функция потенциала [11]. Этот график по существу эквивалентен графику ]УГотта—Шотгки (ср. рис. 13). Оба они отражают изменение с потенциалом толщины области пространственного заряда в полупроводниковом алмазе. При освещении полупроводника генерированные светом носители тока противоположного знака разделяются в электрическом поле в области пространственного заряда. Неосновные носители (в легированном бором алмазе — электроны) дрейфуют в электрическом поле к границе раздела фаз, где они захватываются электрохимической реакцией или (в кулоностатическом режиме) заряжают электрод основные же (дырки) направляются в объем алмаза и далее через омический контакт во внешнюю цепь электрохимической ячейки. Поэтому чем шире область пространственного заряда, в которой собираются неосновные [c.80]

    Следует, однако, отметить, что углерод является аполярным веществом и молекулы воды должны взаимодействовать с ароматической структурой базисной плоскости значительно слабее, чем с металлом. Следовательно, значение Сг должно отличаться от 20 мкФ/ м Кроме того, форма С, -кривой заметно отличается от предсказанной теорией. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что при высокой объемной концентрации носителей в графите простейший вариант зонной теории полупроводников неприменим. Уже при малом падении потенциала в зоне пространственного заряда поверхностная концентрация носителей становится очень большой и не описывается простыми соотношениями. Этот вывод не противоречит тому факту, что скорость неэлектрокаталитической редокс-реакции Fe( N)6 4 Fe( N)e - относительно слабо зависит от типа кри- [c.72]

    По той же причине в электролите облегчается модуляция поверхностного потенциала полупроводника внешним полем. Значительная часть приложенной извне разйости потенциалов падает в области пространственного заряда в полупроводнике. Поэтому уже при напряжениях порядка 1 в можно получить большой наведенный заряд (10 —10 к1см ) и изменить по тенциал поверхности полупроводника яа несколько десятых вольта, а при еще более сильном заряжении — добиться вырождения свободных носителей вблизи поверхности. [c.7]

    Весьма перспективным кажется метод электроотражения. В течение ряда лет он применялся, в частности в электрохимическом варианте, для изучения зонной структуры полупроводников [23]. В последние годы его используют для измерения поверхностного потенциала полупроводниковых электродов. Теория злектроотражения от области пространственного заряда полупроводникового электрода развита недавно Тягаем [24, 25]. [c.10]

    Метод осно ван на изменении оптических свойств твердого тела под действием сильного локального электрического поля, в случае границы полупроводник/электролит — поля ъ области пространственного заряда. Измеряется интенсивность света, отраженного от поверхности электрода, как функция различных параметров, характеризующих как падающий свет (длина волны, поляризация), так и состояние поверхности электрода (потенциал). Для повышения чувствительности потенциал электрода модулируется переменным током, и сигнал с фотоумножителя, на который падает свет из ячейки, усиливается узкополосным усилителем на частоте модуляции. На германиевом электроде этот метод был применен для измерения поверхностного потенциала Гобрехтом с сотр. [26, 27] и [c.10]

    Высокая чувствительность метода электромодулирован--ного МНПВО, продемонстрированная в [31], привлекла внимание исследователей, и в последующие годы появилось несколько работ, в которых ставилась та же цель, что и в [31] — изучение этим методом поверхностных состояний и свободных носителей в поверхностном слое пространственного заряда. В большинстве этих работ исследовалась граница полупроводник — газ, и мы не будем их здесь рассматривать. Граница германий — раствор КС1 была исследована в [123—125]. Основное внимание в этих работах было уделено плазменному ЭП в германии. Теоретическое рассмотрение этого эффекта в [125] проведено на основе не пленочной модели, как в [74, 75], а модели, в которой все поглощение в германии, включая и слой пространственного заряда, описы--вается законом Ламберта [c.151]

    Мауро [44] впервые указал еще на одно свойство биполярных мембран, которое нами до сих пор не было рассмотрено. Если переход от одного элемента мембраны к другому осуществляется достаточно резко, фиксированные заряды на границе элементов могут нейтрализовать друг друга, так что условие электронейтральности будет выполняться и в отсутствие противоионов. Эта область пространственного заряда сходна по свойствам с областью р -переходов в полупроводниках. (В то же время распределение электростатического потенциала на границе мембрана — раствор связано с иной областью пространственного заряда (двойной электрический слой), которая простирается и в матрицу мембраны.) Мауро занимался подробным изучением таких переходных областей в биполярных мембранах, основываясь па классическом методе Шоклея, который применяется для исследования р — -переходов и является результатом распространения закона Пуассона — Больцмана на системы, в которых присутствуют фиксированные заряды. Мауро указывает, что в переходной области между фиксированными зарядами разных знаков неизбежно должна возникать как емкость, так и асимметрическая проводимость . [c.468]

    Ход изменения потенциала при переходе из металла в полупроводник типа п изображён на рис. 77, в полупроводник типа р— па рис. 78. Знаками минус и плюс на этих рисунках изображено располон спнс пространственного заряда того и другого знака, [c.213]

    За счёт энергии поглощаемых при фотоэффекте квантов света электроны полупроводника переходят из целиком заполненной энергетической зоны в зону проводимости. В случае полупроводника типа р (рис. 80, также рис. 78) поле пространственного заряда запирающего слоя но препятствует переходу этих элек- [c.214]


Смотреть страницы где упоминается термин Полупроводники пространственный заряд: [c.180]    [c.206]    [c.219]    [c.116]    [c.128]    [c.30]    [c.42]    [c.45]    [c.15]    [c.18]    [c.132]    [c.226]    [c.213]    [c.222]   
Новые проблемы современной электрохимии (1962) -- [ c.391 , c.396 ]

Новые проблемы современной электрохимии (1962) -- [ c.391 , c.396 ]




ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Полупроводники

Полупроводники полупроводники



© 2025 chem21.info Реклама на сайте