Cтраница 2
В случае ионного кристалла имеются некоторые интересные возможности. Большая часть возмущения, вносимого свободной поверхностью, связана с изменением электростатического окружения иона при переходе из внутренней части кристалла к поверхности. Если нормально заполненная валентная зона ассоциируется с анионами ( как в случае галогенидов щелочных металлов и некоторых окисных полупроводников n - типа), то возмущение поверхности действует в направлении создания зоны поверхностных состояний с центром, лежащим над центром нормальной анионной зоны. Эта анионная поверхностная зона обычно оказывается совершенно заполненной. И наоборот, для нормально свободной катионной зоны ( зона проводимости) возмущение поверхности действует в направлении создания поверхностной катионной зоны с центром, лежащим ниже обычной катионной зоны. Таким образом, поверхностная электронная структура характеризуется меньшим промежутком между заполненной и вакантной зонами, чем объемная структура. Следовательно, возможно появление собственной поверхностной полупроводниковой электропроводности или, если поверхностные анионная и катионная зоны перекрывают друг друга, то даже металлической поверхностной проводимости. Соответственно этому, гомеополярная связь должна быть более важна в поверхностной области. Очевидно, что эффекты такого рода важно учитывать в теории хемосорбции; заметим, однако, что подобная простая картина анионной и катионной зон не подходит для окислов переходных металлов. [16]
Поверхностные состояния обладают двумя обязательными основными свойствами. Первое заключается в том, что энергии этих состояний должны лежать в интервале между двумя разрешенными энергетическими зонами [162] - простое положение, которое может ввести в заблуждение и породить дальнейшую дискуссию. Второе заключается в том, что поверхностные состояния реализуются в зонах, подобных тем, которые образуются объемными состояниями, но, возможно, охватывают очень узкую область энергий и могут переносить электрический ток только вдоль поверхностей кристалла; так же как и в случае объемных состояний, электрический ток могут проводить лишь частично замещенные зоны поверхностных состояний. [17]
Согласно предположению Тамма5, а позднее Шокли6 и Бардина7, существование такого крупного дефекта не может не привести к возникновению на поверхности кристалла новых дополнительных энергетических уровней, отсутствующих в объеме полупроводника. Такие уровни, расположенные в запрещенной зоне ниже дна зоны проводимости, получили название поверхностных состояний. Эти уровни могут играть роль ловушек для электронов, перешедших из зоны проводимости. Согласно расчетам Шокли6, зона поверхностных состояний должна быть заполнена лишь наполовину. Поскольку верхние уровни поверхностных состояний свободны, то на них могут переходить электроны и вдоль поверхности будет существовать электронная проводимость даже при отсутствии электропроводности в объеме. [18]
Следовательно, основные черты одномерной задачи сохраняются. Единственная разница состоит в том, что дискретное концевое состояние, имевшееся в одномерной задаче при г 1, теперь превращается в зону поверхностных состояний с шириной 8 р, содержащую jV2 уровней, которые, конечно, лежат вне нормальной зоны состояний кристалла. Если г не слишком велико, поверхностная зона перекрывает нормальную зону кристалла, но когда z велико, эти две зоны совершенно разделены и амплитуды волновых функций нормальных кристаллических состояний становятся на поверхностных атомах исчезающе малыми. Данное положение представляет интерес, поскольку означает, что по отношению к внешним взаимодействиям кристалл ведет себя как двумерный слой атомов, электронная структура которого описывается зоной поверхностных состояний. [19]