Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
*) Рисунок из книги [1J.
ЭФФЕКТ ПОЛЯ
329
также к заключению, что v (es) имеет обычно минимальное значение вблизи середины запрещенной зоны и увеличивается по мере приближения к краям разрешенных зон энергии:
Важные данные о свойствах поверхностных уровней можно получить, исследуя изменение AG во времени. Для этого разработаны различные методы. Одна из схем показана на рис. 10.11. Здесь на обкладки конденсатора полупроводник — металл подается прямоугольный импульс напряжения с крутым передним фронтом. Об изменении проводимости полупроводника судят по изменению падения напряжения на нем, возникающего от протекания слабого постоянного тока от батареи Б. Это напряжение регистрируется осциллографом О, развертка которого синхронизована с генератором импульсов Г. В подобных импульсных методах, однако, всегда необходимо тщательно исключать наводку в измерительной схеме, возникающую при наложении напряжения на конденсатор (вследствие неполной симметрии схемы), которая может быть намного больше измеряемого сигнала. Для ее исключения образец включают в
схему моста R — С и подбирают
сопротивления ги г2 и емкости Съ
С2 таким образом, чтобы при выключенной батарее Б сигнал наводки был минимальным.
Наблюдаемая зависимость AG от времени обычно имеет вид, показанный схематически на рис. 10.12. После подачи напряжения, соответствующего обогащению приповерхностного слоя основными носителями, G быстро увеличивается и через короткое время, порядка максвелловского времени релаксации AG, достигает наибольшего
значения. За эти времена поверхностные уровни еще не успевают
заметно изменить свое зарядовое состояние, и весь индуцированный заряд находится в свободном состоянии. Затем начинается перераспределение заряда между объемом и поверхностными уровнями и G
V Г~7
т! г~*-.
1 1 t
Рис. 10.12. Зависимость изменения проводимости AG в эффекте поля от времени (схематически).
Рис. 10.11. Наблюдение релаксации проводимости в эффекте поля. П — полупроводник, М — металлическая обкладка, И—изолятор, Г—генератор прямоугольных импульсов, О — осциллограф, Б — источники постоянного тока.
330
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СОСТОЯНИЯ (ГЛ. X
уменьшается. Это изменение имеет сложный, неэкспоненциальный характер. Сначала G изменяется быстро на некоторую величину AGx- Эту стадию процесса можно условно охарактеризовать некоторым временем релаксации т1( в течение которого G уменьшается на определенную долю, скажем в е раз. Значения Ti зависят от рода полупроводника и состояния его поверхности и обычно лежат в интервале 10~2 -г- 10? микросекунд. Затем электропроводность изменяется еще на величину AG2, однако гораздо более медленно, и в конце концов достигает стационарного состояния. Характерное время для этой второй стадий процесса может измеряться многими секундами и минутами. Такой характер кинетики показывает, что поверхностные уровни можно разделить на две группы: «быстрые» уровни, которые легко обмениваются электронами с объемом, и «медленные» уровни, обменивающиеся электронами с объемом гораздо хуже.
Другой прием исследования эффекта поля показан на рис. 10.13. Здесь к конденсатору и к торцам образца прикладываются переменные напряжения одинаковой частоты
и = и0 cos со/, Ux = и10 cos со/.
Эффект поля вызывает модуляцию проводимости образца, которую при малых напряжениях можно считать тоже гармонической:
G — G0 + (AG)0 cos (со/ — ф) = G0 + (AG)0 (cos соt ¦ cos ф-f sin со/ - втф). Поэтому сила тока через образец есть
i = у Gux = у [G0 + (AG)0 совф • cos со/ -f- (AG)0 эшф • sin со/] и10 cos со/,
где а— ширина пластинки, а / — ее длина. Усредняя это выражение по периоду колебаний, мы находим, что вследствие эффекта поля возникает постоянная составляющая тока
I = ~2“ у cos У' “ю-
С другой стороны, амплитуда индуцированного заряда на единице поверхности есть (AQ)0 = Си0. Поэтому для эффективной подвижности получается
^ФФ cos ф = -ggj-COS ф = 7JJLsr I. (3.10)
V
Рис. 10.13. Измерение частотной зависимости эффективной подвижности. О — образец, И — изолятор, М — металлическая обкладка, Г — гальванометр.
ЭФФЕКТ поля
331
Пользуясь комплексным описанием гармонических колебаний, можно сказать, что формула (3.10) дает вещественную часть Re ^эфф*
Определение фазового сдвига ф требует дополнительных, измерений. Однако уже исследование Re цэфф дает много данных. На рис. 10.14 приведен пример зависимости Re щфф от частоты для германия p-типа, поверхность которого была протравлена кислотами (смесь уксусной, азотной и фтористоводородной) в различных газовых атмосферах. Из рисунка видно, что при адсорбции дипольных молекул воды Re щфф при низких частотах оказывается отрицательной, что обозначает существование инверсионного слоя. Однако при увеличении частоты Re ц,эфф становится положительной. В других газах (сухой кислород, озон) инверсионный слой не возникает.
