Поверхность полупроводников

Явление изменения концентрации свободных носителей в приповерхностной области полупроводника за счет внешнего электрического поля называется эффектом поля.

Данное явление можно наблюдать например в системе металл – диэлектрик – полупроводник (МДП)(рисунок 14).

На металл подается оложительное напряжение или отрицательный потенциал, равный по значению, но противоположный по знаку заряду на металлической пластине. Заряд в полупроводнике не находится на поверхности, а сосредотачивается в приповерхностном слое. Если в металлах, имеющих очень высокую концентрацию носителей заряда (~10²⁸м^-3), нейтрализация поверхностного заряда происходит уже на расстоянии, равном нескольким параметрам решетки, то в полупроводниках область объемного заряда простирается на значительную глубину (~ 10^-6 м и более). Обычно её принимают равной так называемой дебаевской длине экранирования L_D, определяемой как расстояние, на протяжении которого потенциал поля в веществе со свободными носителями заряда уменьшается в e раз (e≈ 2.72). Расчеты показывают, что для собственного полупроводника

L_D=(εε₀kT/2e²n_i) ^½ =(εε₀φ_Τ/2en_i) ^½ (38)

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; ε₀ - электрическая постоянная вакуума; φ_Τ= kT /e – температурный потенциал; e - заряд электрона.

Для примесного полупроводника с концентрацией ионизированной примеси N

L_D= (εε0φΤ / eN) ½. (39)

Поскольку N» n_i, значение L_D в примесных полупроводниках много меньше, чем в собственных. Например, в собственном кремнии L_D ≈ 14 мкм, а в примесных кремнии с N_Д = 10²² м^-3 L_D ≈ 0.04 мкм при температуре Т= 300 К.

Заряжение поверхности полупроводника вызывает возникновение разности потенциалов между его поверхностью и объемом. Следствием этого является искривление энергетических зон у поверхности.

При заряжении поверхности отрицательным зарядом энергетические зоны изгибаются вверх, так как при перемещении электрона из объёма к поверхности его энергия увеличивается. При заряжении поверхности положительным зарядом зоны изгибаются вниз. Изгиб простирается в глубь полупроводника примерно на величину L_D.