高二物理競賽表面態(tài)課件

本章內容提要表面態(tài)表面電場效應MIS結構C-V特性表面電導8半導體表面與MIS結構表面：固體與真空之間的分界面。界面：不同相或不同類的物質之間的分界面。固體有限表面界面周圍的環(huán)境相互作用物理和化學特性產(chǎn)生很大影響新興的多學科綜合性邊緣學科8.1表面態(tài)1.理想表面和實際表面理想表面：表面層中原子排列的對稱性與體內原子完全相同，且表面不附著任何原子或分子的半無限晶體表面。實際表面清潔表面表面馳豫：沿垂直表面方向偏離平衡位置

表面重構：沿平行表面方向偏離平衡位置

清潔表面

：一個沒有雜質吸附和氧化層的實際表面真實表面：由于環(huán)境的影響，實際接觸的表面往往生成氧化物或其他化合物，還可能有物理吸附層，甚至還有與表面接觸過的多種物體留下的痕跡。注意：“表面”并不是一個幾何面，而是指大塊晶體的三維周期結構與真空之間的過渡區(qū)，它包括了所有不具有體內三維周期性的原子層。表面態(tài)體內：周期性勢場因晶體的不完整性（雜質原子或晶格缺陷）的存在而受到破壞時，會在禁帶中出現(xiàn)附加能級。表面：在垂直表面的方向上破壞了原來三維無限晶格的周期性晶格電子的勢能在垂直表面的方向上不再存在平移對稱性哈密頓算符的本征值譜中出現(xiàn)了一些新的本征值附加電子能態(tài)（表面態(tài)）表面態(tài)：局域在表面附近的新電子態(tài),它的存在導致表面能級的產(chǎn)生。表面能級：與表面態(tài)相應的能級稱為表面能級。理想晶體自由表面－達姆表面能級(1932年)~1015/cm2晶體表面缺陷或吸附原子－附加表面能級硅理想表面示意圖表面能級示意圖一定條件下，每個表面原子在禁帶中對應一個表面能級

晶格表面處突然終止，在晶格表面存在未飽和的化學鍵，稱為懸掛鍵，與之對應的電子能態(tài)稱為表面態(tài)。懸掛鍵的存在，表面可與體內交換電子和空穴獲得電子—帶負電獲得空穴—帶正電表面態(tài)特性：

可以成為半導體少數(shù)載流子有效的產(chǎn)生和復合中心，決定了表面復合的特性。對多數(shù)載流子起散射作用，降低表面遷移率，影響表面電導。產(chǎn)生垂直半導體表面的電場，引起表面電場效應。

施主型：能級被電子占據(jù)時呈電中性，施放電子后呈正電受主型：能級空時為電中性，而接受電子后帶負電表面態(tài)分布示意圖EFS電子剛好填滿EFS=qΦ0以下的所有表面態(tài)時，表面呈電中性EFS=EcEFEnEvqΦ0qΦ0以下為空，表面帶正電qΦ0以上填充，表面帶負電qΦ0約為禁帶寬度的三分之一在表面態(tài)密度大于1013cm-2，則表面處的費米能級位于禁帶的1/3處（相對于價帶頂），這個位置稱為巴丁極限。設一個n型半導體的表面存在表面態(tài)。半導體的費米能級EF

高于表面能級EFS，如果EFS以上存在受主表面態(tài)，則會導致如下效應：在EF和EFS之間的能級基本被電子填滿，表面帶負電，而表面附近會出現(xiàn)正電荷，形成正的空間電荷區(qū)，形成電子勢壘。金屬半導體接觸前：EFSEcEFEnqVdEvE+++WsχWs=c+En能帶彎曲量qVD=EF-EFS表面態(tài)密度很大時，表面積累很多負電荷，能帶向上彎曲程度越大，表面處EF接近EFS存在表面態(tài)時，Ws由表面性質決定不存在表面態(tài)時，EFSEcEFEnqVdEvE+++Wsχ高表面態(tài)密度釘扎(pinned)EFSEcEFEnqVdEvE+++WsχEFSEcEFEnqVdEvE+++WsχEFSEcEFEvEWsχqΦ0電子剛好填滿EFS=qΦ0以下的所有表面態(tài)時，表面呈電中性在EF和EFS之間被電子填滿，表面帶負電，形成正的空間電荷區(qū)，形成電子勢壘。表面態(tài)密度很大時，表面積累很多負電荷，能帶向上彎曲程度越大，表面處EF接近EFS表面態(tài)提供電子流向金屬半導體表面態(tài)密度很高時:表面態(tài)可放出足夠多的電子，幾乎不影響勢壘區(qū)，可以屏蔽金屬接觸的影響，半導體內部的勢壘高度和金屬的功函數(shù)幾乎無關，基本上由半導體表面的性質決定-WmEcEFEnqVdEv+++--1.理想MIS結構的C-V特性MIS結構電容MIS結構的等效電路耗盡狀態(tài)：VG增加，x

d增大，Cs減小，CD段

Vs>2VB時：EF段（低頻）高頻時：反型層中電子數(shù)量不能隨高頻信號而變，對電容無貢獻，還是由耗盡層的電荷變化決定（強反型達到xdm不隨VG變化，電容保持最小值）；GH段