Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
es определяются не из двух связанных между собою уравнений (23.6) и
(23.5), а из двух независимых уравнений (23.6) и (23.10), из которых
первое зависит только от параметров, характеризующих объем, а второе -
только от параметров, характеризующих поверхность полупроводника. Таким
образом, связь между е5 и е" разрывается, т. е. поверхность оказывается
"изолированной" от объема.
Мы видим, что "квазиизолированную" поверхность можно назвать в то же
время чквазинейтралънойъ, поскольку для нее приближенно выполняется
условие
(23.10). Здесь, однако, нет действительной нейтральности поверхности.
Уравнение (23.10) свидетельствует лишь о том, как это видно из (23.9) и
(23. 8), что разность между положительным и отрицательным зарядами,
сосредоточенными на поверхности, по своей абсолютной величине достаточно
мала по сравнению с их суммой. Абсолютная же величина этой разности может
быть значительной.
Заметим, что если неосвещенная поверхность не является
"квазиизолированной", то при включении освещения она может сделаться
"квазиизолировапной" и оставаться "квазиизолированной", пока
поддерживается освещение. Действительно, представим себе, что под
влиянием освещения электроны пересаживаются с доноров на акцепторы и
освещение поддерживает таким образом повышенную концентрацию электронов и
дырок на
11, 2].
Из (23.9) следует
(1 - S)ps = (1 + б к,
откуда на основании (23.8), (23.2) и (23.1)
o(ss) = 0.
(23. 10)
108
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
[ГЛ. 8
поверхности, так что
ns = ns о + Are, ps = ps0 + An,
где ns, ps и ?г50, ps0-поверхностные концентрации электронов и дырок при
наличии и при отсутствии освещения соответственно. Тогда при отсутствии
освещения
S ___ Р SQ ns0
°~Ps0 + *s0' в то время как при наличии освещения
§ - ^S - ^SQ ns0
~ Ps + ns~~ Pso + "so + 2An'
При этом мы монсем иметь:
|6|" |60|< 1,
т. е. освещение может сделать поверхность "квазиизоли-рованной", оставляя
при этом поверхностный заряд неизменным. Заметим, во избежание
недоразумений, что говоря сейчас о "квазиизолированной" поверхности, мы
имеем в виду выполнение условия |б| <С 1, а не независимость друг от
друга поверхностного и объемного уровней Ферми, поскольку при наличии
освещения, т. е. при заведомо нарушенном электронном равновесии, само
понятие уровня Ферми вообще теряет смысл.
Имея дело с реальной поверхностью полупроводника, часто говорят о
непрерывном энергетическом спектре поверхностных состояний. Надо
заметить, что этот термин употребляется часто в двух различных смыслах, и
всегда следует отдавать себе отчет в том, какой именно смысл вкладывается
тем или иным автором в этот термин.
Строго говоря, поверхностный энергетический спектр называется непрерывным
тогда, когда каждому (любому) значению энергии соответствует волновая
функция, квадрат модуля которой периодичен с периодом решетки в плоскости
поверхности и более или менее быстро затухает по мере удаления в обе
стороны от поверхности. Про носитель, описываемый такой волновой
функцией, можно сказать, что оп равномерно размазан по поверхности, или,
выражаясь иначе, что он свободно блуждает но поверхности. Такой
энергетический спектр дают нам поверхностные энергетические зоны Гудвина
[11], имеющие
"НЕУПОРЯДОЧЕННЫЙ" ПОЛУПРОВОДНИК
109
в трехмерной задаче то же происхождение, что и по-верхностные уровни
Тамма [12] в задаче одномерной. Мы продолжаем условно называть
энергетический спектр непрерывным и в том случае, когда на волновую
функцию наложены условие Кармана - Борна (условие периодичности) или
граничные условия, приводящие, как известно, к превращению непрерывного
спектра в систему громадного количества тесно расположенных дискретных
уровней.
Часто в понятие непрерывного спектра вкладывается иной смысл. Спектр
называют непрерывным в том случае, когда каждому (любому) значению
энергии соответствуют определенные области поверхности, внутри которых
волновая функция отлична от нуля, в то время как вне этих областей она
практически равна нулю. Про носитель, который описывается такой волновой
функцией, можно сказать, что он локализован на определенных участках
поверхности. В этом случае правильнее говорить не о непрерывном
поверхностном энергетическом спектре, а о непрерывном наборе
поверхностных локальных уровней. Часто такой набор бывает не непрерывным,
а дискретным, т. е. представляет собой множество дискретных локальных
уровней, расположенных на шкале энергий близко друг к Другу.
В рассматриваемом случае реальной поверхности с большой плотностью
поверхностных состояний механизм фотокаталитического эффекта остается
таким же, как и на идеальной поверхности.
§ 24. Фотокаталитический эффект на "неупорядоченном" полупроводнике
Рассмотрим теперь полупроводник, внутри которого и на поверхности
которого дефекты какого-либо сорта размещены не равномерно, а образуют
скопления, т. е. полупроводник, содержащий области с повышенной и с
пониженной концентрацией дефектов. Такое скопление микродефектов можно
