Существование - поверхностное состояние
Cтраница 2
Отсюда тривиально следует степенной закон. Факт существования магнитных поверхностных состояний и квантованных канальных состояний в полупроводниках явно свидетельствует о широком распространении явления зеркального отражения электронов проводимости при касательном падении на поверхность кристалла. [16]
При энергетической щели Eg 1 7 эВ ( см. разд. Необходимо отметить, что эти оценки сделаны в предположении отсутствия сильных электрических полей на поверхности, связанных, например, с существованием заряженных поверхностных состояний. Это предположение кажется сомнительным, поскольку поликристаллические пленки имеют много дефектных состояний на границе металл - пленка, Заполнение этих дефектов при инжекции из электрода приведет к появлению скачка потенциала на границе. С учетом сказанного нельзя сделать однозначного вывода о том, что положение уровня Ферми связано с наличием собственных донорных состояний в использованных образцах CuPhc на основании близости EF к зоне проводимости электронов. Более детальный анализ примесных состояний во фталоцианинах проведен в разд. [17]
Интересно отметить, что именно изучение Бардиным [26] поверхностных состояний привело к открытию транзисторов. Бардин пришел к выводу, что для объяснения того факта, что выпрямляющие свойства контакта металл - полупроводник совсем не зависят от свойств металла, но очень сильно зависят от обработки поверхности полупроводника, необходимо допустить существование поверхностных состояний. Он показал также, что подобные состояния объясняют результаты, полученные при исследовании явления, известного под названием эффекта поля, которое будет рассмотрено ниже. [18]
Адсорбируемый газ рассматривается только как донор или акцептор электронов, а адсорбент считается стандартным полупроводником с заданной концентрацией ионизованных донорных или акцепторных центров, для которого способность участвовать в хемосорбции может быть определена положением уровня Ферми. Эта модель имеет ряд недостатков, заключающихся в том, что в ней не учитываются такие физико-химические аспекты адсорбции, как изменение типа связи, и, кроме того, не принимаются в расчет физические характеристики, например существование поверхностных состояний, а также проблемы, связанные с вырождением, но кардинальным достоинством этой модели является возможность точного анализа на ее основе. В недавнем исследовании поведения кислорода на окиси цинка [48], где несоответствия с теорией граничного слоя являются минимальными, была сделана попытка вывести количественные соотношения. [19]
Тамм [158], очевидно, первым предположил, что еще возможны электронные состояния, эффективно локализованные на поверхности кристалла. Такие состояния, называемые поверхностными состояниями, также представляют собой перемещающиеся волны, но они ограничены областью, которая простирается лишь на несколько атомных слоев на поверхности. Существование поверхностных состояний трудно подтвердить экспериментально. Эти выводы будут суммированы после краткого обсуждения свойств поверхностных состояний. [20]
Сделать количественную оценку влияния заряда, локализованного в поверхностных состояниях, на форму зон чрезвычайно трудно. Поэтому в металлах искривление зон пренебрежимо мало. В полупроводниках и изоляторах такая полная компенсация невозможна из-за очень низкой плотности носителей, и существование занятых поверхностных состояний может привести к возникновению поверхностных потенциалов от нескольких милливольт до Нескольких вольт. В этих материалах эффекты искривления зон простираются на несколько микрон от поверхности вглубь кристалла. [21]
 |
Энергетические диаграммы для туннельной системы А. - АЬОз-SnTe при разных напряжениях смещения. [22] |
Знак на оси напряжений соответствует полярности металлического электрода. В образцах / и 2 окислы были выращены в атмосфере сухого кислорода и водяного пара соответственно, при быстром высокочастотном нагреве до 700 С. Образец 3 приготовлен так же, как образец 2 с последующим 30-минутным отжигом в атмосфере Н2 при 350 С. Причина отсутствия участка отрицательного сопротивления при U 0 ( который наблюдался Еса-ки и Стилесом на системе такого же типа) заключается, очевидно, в существовании поверхностных состояний в запрещенной зоне полупроводника. [23]
В предыдущих моделях считалось, что свойства поверхности не отличаются or свойств объема. Однако хорошо известно, что молекулы или атомы на поверхности часто очень сильно отличаются от соответствующих молекул или атомов в объеме, окруженных нормальным числом соседей. В зонной модели наличие поверхности кристалла приводит к появлению дополнительных уровней в запрещенной зоне, которые называют поверхностными состояниями. Волновые функции, соответствующие этим уровням, локализованы вблизи поверхности и не распространяются глубоко в объем полупроводника. Молекулярные кристаллы менее чувствительны к существованию поверхностных состояний, чем полупроводники с ковалентнымй связями. [24]
 |
Схема поверхностного слоя германия ( поверхность не пассивирована. [25] |
Результаты измерений позволяют предположить, что на реальной поверхности имеются два различных типа состояний: быстрые и медленные. Быстрые состояния характеризуются временем захвата носителей тока порядка не более нескольких микросекунд, медленные состояния - от миллисекунд до нескольких часов. Быстрые состояния связаны в основном с характером обработки поверхности ( наличие примесей, дефектов), медленные - со структурой окисного слоя и окружающей газовой средой. Быстрые состояния находятся на границе германий - окись германия, медленные - в самом слое и на его поверхности. Установлено, что в связи с существованием поверхностных состояний на границе объем - поверхность возникает потенциальный барьер, от которого зависят такие явления, как работа выхода, контактный потенциал, выпрямление, поверхностная рекомбинация ( а следовательно и эффективное время жизни носителей тока), поверхностная проводимость, шумы. [26]
Поверхностная проводимость алмаза предсказывается теоретически. Его поверхностные состояния, если оставить в стороне все состояния, как-либо связанные с адсорбцией, могут образовывать, как показывает теория [76], незаполненную зону. Поверхность германия, судя по величине работы выхода электрона, указанной Лоу, является по существу вырожденной. Уровень Ферми, как и у металлов, лежит ниже потолка зоны. В то же время, как указывает Лоу, имеется много доказательств существования поверхностных состояний. Однако они ( при плотности 1 электрон на 1000 поверхностных атомов) не идентичны с поверхностными состояниями, которые предполагались Кимбаллом [65] в случае алмаза и которые возможны при плотности 1 электрон на каждый поверхностный атом. [27]
Предположение, что обменный интеграл р имеет одно и то же значение для любой пары соседних атомов, является, конечно, крайним упрощением, далеким от действительности. Величина р зависит от полноты перекрывания орбиталеи, которая неодинакова для атомов, находящихся на поверхности и в глубине кристалла. На это, в частности, указывает тот факт, что межатомные расстояния на поверхности иные, чем внутри кристалла. Например, рассчитано, что межплоскостные расстояния в поверхностном слое кубического кристалла с гранецентрированной решеткой на 11 %, а в пятом, от поверхности слое на 2 % больше, чем в его глубинах. Но такое предположение - - необходимый прием для решения задачи о поверхностных состояниях, так как она может быть решена только при условии, что либо обменные интегралы для поверхностных и внутренних атомов совпадают, а соответствующие Ку-лоновы интегралы различны, либо, наоборот, совпадают последние, а первые различны. Для того и другого случая получают разные решения, указывающие на существование различных поверхностных состояний. Вот как решается эта задача при условии, что обменные интегралы для поверхностных и внутренних атомов одинаковы, а соответствующие кулоновы интегралы а и а различны. [28]
Страницы: 1 2