Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники: курс лекций [Г. Н. Шелованова] (pdf) читать постранично, страница - 5

др. Существуют таблицы и номограммы, по которым можно построить зависимость поверхностной проводимости от поверхностного потенциала для полупроводников. Поверхностная проводимость является достаточно сложной функцией поверхностного
потенциала и степени легирования полупроводника.
Качественно оценить поверхностную проводимость можно следующим
образом. При положительном изгибе зон поверхностная проводимость полупроводника n-типа повышается вследствие образования у поверхности обогащённого слоя. При достаточно больших отрицательных изгибах зон из-за
образования вблизи поверхности инверсионного слоя поверхностная проводимость полупроводника n-типа оказывается также весьма значительной.
Минимального значения она достигает, когда имеется незначительный отрицательный изгиб зон, при котором поверхностная проводимость определяется проводимостью обедненного слоя.
В полупроводнике p-типа, наоборот, поверхностная проводимость будет возрастать из-за образования обогащённого слоя при отрицательных изгибах зон и инверсионного слоя, возникающего при больших положительных
изгибах зон. Минимальное значение она будет иметь в этом случае при незначительном положительном изгибе зон, ибо, как и в предыдущем случае,
она будет определяться проводимостью обеднённого слоя. Сказанное можно
пояснить с помощью рис. 1.2.

 Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники. Курс лекций

10

ЛЕКЦИЯ 1. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ В СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.2. Поверхностный потенциал

n-тип

σS

p-тип

λ1
λ2

YS
λ2 < λ1

1

2

Рис. 1.2. Зависимость проводимости и приповерхностного слоя от изгиба зон

Сделаем следующие замечания. Во-первых, минимальное значение
проводимости достигается при Ys min= ln λ2/b;
здесь

λ=

p0 ni
= ,
ni n0

где n0 , p0 – концентрации электронов и дырок в полупроводнике; ni – собственная концентрация носителей заряда.
Это означает, что положение минимума на кривыхσ s(Ys) определяется
лишь объёмными свойствами полупроводника: при увеличении степени легирования минимальное значение поверхностной проводимости смещается
в сторону возрастания абсолютного значения Ys. Во-вторых, в собственных
полупроводниках минимум поверхностной проводимости смещён в сторону
отрицательных значений изгибов зон. Это объясняется тем, что подвижность
электронов больше подвижности дырок. Наконец, при очень сильном изгибе
зон уровень Ферми у поверхности может оказаться в одной из разрешённых
зон – у поверхности возникает слой полупроводника вырожденного типа.
Поверхностная проводимость в этом случае будет особенно большой. Для
положительного изгиба зон Y > 0, для отрицательного Y < 0. Параметр λ, характеризующий объёмные свойства полупроводника, принимает следующие
значения: λ = 1 для собственного полупроводника, λ > 1 при дырочной проводимости, λ < 1 при электронной проводимости.

 Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники. Курс лекций

11

ЛЕКЦИЯ 1. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ В СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.3. Поверхностные состояния. Уровни Тамма
Процессы, протекающие на поверхности полупроводников и диэлектриков, существенно влияют на работу большинства полупроводниковых
приборов. При взаимодействии поверхности полупроводника с внешней средой (парами воды, кислородом и другими веществами) образуются различные плёнки, окислы, гидраты и прочие соединения, свойства которых отличаются от свойств полупроводникового кристалла. Различные адсорбционные процессы, протекающие на поверхности кристалла, приводят к возникновению рекомбинационных центров, которые также влияют на работу полупроводниковых приборов.
Таким образом, надёжная и эффективная работа различных радиоэлектронных устройств во многом зависит от качества обработки поверхности и
степени защиты её от окружающей среды. Очень важно также получить поверхность с заданными свойствами, так как это позволит при создании полупроводниковых приборов и различных функциональных микроэлектронных
устройств задавать параметры поверхности, наиболее приемлемые для надёжной работы приборов. Энергетический спектр кристалла имеет зонную
структуру: зоны разрешённых значений энергии чередуются с областями запрещённых значений. Однако это справедливо лишь для идеального кристалла при неограниченных размерах. Реальные же кристаллы имеют конечные размеры. Это свидетельствует, прежде всего, о том, что имеется некоторая поверхность раздела «кристалл – внешняя среда», на которой происходит
обрыв кристаллической решётки. Поэтому энергетические спектры ограниченного и неограниченного кристаллов существенно различаются. В 1932 г.
И. Е. Тамм установил, что разрешённые для неограниченного кристалла
уровни энергии разрешены и для ограниченного. Однако в последнем, вследствие обрыва кристаллической