Явления на поверхности полупроводника

В результате взаимодействия полупроводника и окру­жающей среды на поверхности

кристалла образуются раз­личные соединения, отличающиеся по своим свойствам

от основного материала. Кроме того, обработка кристалла приводит к дефектам

кристаллической решетки на поверх­ности полупроводника. По этим причинам

возникают по­верхностные состояния, повышающие вероятность появ­ления

свободных электронов или незаполненных ковалентных связей. Энергетические

уровни поверхностных состоя­ний могут располагаться в запрещенной

энергетической зоне и соответствовать донорным и акцепторным примесям.

Поверхностные состояния меняют концентрацию носи­телей заряда, и в

приповерхностном слое полупроводника возникает объемный заряд, приводящий к

изменению уров­ня Ферми. Поскольку в состоянии равновесия уровень Ферми во

всем кристалле полупроводника одинаков, поверх­ностные состояния вызывают

искривление энергетических уровней в приповерхностном слое полупроводника.

В зависимости от типа полупроводника и характера по­верхностных состояний

может происходить обеднение или обогащение поверхности кристалла носителями

заряда.

Обеднение возникает в том случае, если поверхност­ный заряд совпадает по знаку с

основными носителями заряда. На рис. 1.20 показано образование обедненного слоя

на поверхности полупроводника n-типа при такой плотности поверхностных

состояний, что уровни W_in и W_фn не

пересекаются. Повышение плотности пространст­венного заряда может привести к

пересечению уровня Ферми с уровнем середины запрещенной зоны (рис. 1.21), что

соответствует изменению типа электропроводности у поверхности полупроводника.

Это явление называют ин­версией типа электропроводности, а слой, в котором. оно

наблюдается, - инверсным слоем.

Рис. 1.20 Образование обедненного слоя на поверхности полупроводника n-типа.

Рис. 1.21 Изменение типа электропроводимости на поверхности полупроводника n-типа.

Если знаки поверхностного заряда и основных носите­лей противоположны,

происходит обогащение приповерхностной области основными носителями зарядов.

Такую область называют обогащенным слоем (рис. 1.22).

Электропроводность приповерхностного слоя полупро­водника может изменяться

под действием электрического поля, возникающего за счет напряжения,

прикладываемо­го к металлу и полупроводнику, разделенным диэлектриком. Если

предположить, что до включения напряжения поверх­ностные состояния на границе

полупроводника и диэлект­рика отсутствуют, то электропроводности

приповерхност­ного слоя и объема полупроводника будут одинаковыми.

При включении напряжения между металлом и полу­проводником возникает

электрическое поле, и на поверх­ности металла и в приповерхностном слое

полупроводни­ка, как на пластинах конденсатора, накапливаются заряды.

Например, если полупроводник электронный и к нему прикладывается

отрицательное напряжение, то под дейст­вием электрического поля у

Рисунок 1.22 Образование обогащенного слоя на поверхности полупроводника n-типа.

Рисунок 1.23 График изменения типа электропроводности на поверхности полупроводника.

поверхности увеличиваются концентрация электронов и электропроводность

приповерхностного слоя полупроводника (см. рис. 1.22). При изме­нении

полярности напряжения концентрация электронов в приповерхностном слое

уменьшается, а дырок - увели­чивается. В связи с этим электропроводность

приконтактной области уменьшается, стремясь к собственной. Уве­личение

напряжения приводит к тому, что концентрация дырок становится выше

концентрации электронов и про­исходит изменение (инверсия) типа

электропроводности слоя. При этом электропроводность приповерхностного слоя

увеличивается. Зависимость электропроводности припо­верхностного слоя

полупроводника n-типа от напряжения показана на рис. 1.23. Это явление

принято называть эф­фектом поля.