半導(dǎo)體表面

如：1、半導(dǎo)體表面狀態(tài)影響著：晶體管和半導(dǎo)體集成電路的參數(shù)和穩(wěn)定性。2、利用表面效應(yīng)的半導(dǎo)體器件：

MOS器件、電荷耦合器件、表面發(fā)光器件等。半導(dǎo)體表面

許多半導(dǎo)體器件的特性都和半導(dǎo)體的表面性質(zhì)有密切關(guān)系。表面態(tài)及表面空間電荷區(qū)

在半導(dǎo)體表面，晶格不完整性使勢場的周期性被破壞，在禁帶中形成局部狀態(tài)的能級分布（產(chǎn)生附加能級），這些狀態(tài)稱為表面態(tài)或達姆能級。達姆證明：一定條件下，每個表面原子在禁帶中對應(yīng)一個表面能級，這些表面能級組成表面能帶。達姆能級：清潔表面的表面態(tài)所引起的表面能級，彼此靠得很近，形成準(zhǔn)連續(xù)的能帶，分布在禁帶內(nèi)。表面空間電荷區(qū)的形成：

從化學(xué)鍵的角度來說明表面態(tài)的概念：以硅晶體為例，因晶格在表面處突然終止，在表面最外層的每個硅原子將有一個未配對的電子，即有一個未飽和的鍵，這個鍵稱為懸掛鍵，與之對應(yīng)的電子能態(tài)就是表面態(tài)。

單位面積上的原子數(shù)約為1015cm－2，由于垂直表面處的每個原子鍵都被切斷，達姆能級密度等于表面原子密度，～1015cm－2。

由于懸掛鍵的存在，表面可與體內(nèi)交換電子和空穴。例如，N型Si，懸掛鍵可以從體內(nèi)獲得電子，使表面帶負(fù)電。這負(fù)的表面電荷可排斥表面層中電子使之成為耗盡層甚至變成P型反型層。

Si（111）面上的表面態(tài)密度≈8×1014cm-2Si—SiO2交界面處，表面態(tài)密度≈1011cm-2實際表面中，表面缺陷、表面粘污、表面氧化層都可以形成表面能級。

上述討論為理想表面，即，表面層中原子排列的對稱性與體內(nèi)原子完全相同，且表面上不附著任何原子或分子的半無限晶體表面。實際上，這種理想表面是不存在的。近表面幾個原子厚度的表面層中，離子實所受的勢場作用顯然不同于晶體內(nèi)部，這使得晶體所固有的三維平移對稱性在表面層中受到破壞，因此實際的晶體表面是一個結(jié)構(gòu)比體內(nèi)復(fù)雜得多的系統(tǒng)?，F(xiàn)在已經(jīng)可以通過實驗觀察到在超高真空下共價半導(dǎo)體的表面發(fā)生再構(gòu)現(xiàn)象，表面上形成新的原子排列結(jié)構(gòu)，這種排列具有沿表面的二維平移對稱性。如，Si（111）面，在超高真空下可觀察到（7×7）結(jié)構(gòu)，即表面上形成以（7×7）個硅原子為單元的二維平移對稱性結(jié)構(gòu)。

由表面態(tài)（表面能級）的性質(zhì)和費米能級的位置，它們可能成為施主能級或受主能級，或者成為電子－空穴對的復(fù)合中心。半導(dǎo)體表面態(tài)為施主態(tài)時，它可能是中性的，也可能向?qū)峁╇娮雍笞兂烧姾桑砻鎺д?；若表面態(tài)為受主態(tài)，則可接受導(dǎo)帶電子，表面帶負(fù)電。表面電荷量QSS與表面態(tài)密度NS及俘獲陷阱的分布函數(shù)有關(guān)，熱平衡態(tài)時，半導(dǎo)體整體是電中性的，表面態(tài)中QSS電荷的存在使表面附近形成電場，導(dǎo)致表面附近可動電荷重新分布，形成空間電荷區(qū)和表面勢，而使表面層中的能帶發(fā)生變化?？臻g電荷QSP的數(shù)量和表面態(tài)電荷相等，但帶電符號相反，則保持了電中性條件。一、表面勢以MIS（金屬—絕緣體—半導(dǎo)體）電容器為例，空間電荷區(qū)很薄，可看成一層電荷，其面密度為QSC，則：di為氧化層厚度；xd為半導(dǎo)體空間電荷區(qū)厚度；Vs為表面勢（即：半導(dǎo)體表面相對于體內(nèi)的電勢差）MSI0金屬和半導(dǎo)體中電荷分布情況不同§9.２ 空間電荷區(qū)的理論分析二、能帶的彎曲N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體反型層表面態(tài)為受主態(tài)表面態(tài)為施