Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
потенциальных барьеров на их границах - см. рис. 1.9. Кроме того, длина
свободного пробега электрона в "мелкокристаллической" пленке из-за
рассеяния на границах зерен может быть существенно меньше, чем в объеме
аналогичного монокристалла.
Реальные поликристаллические пленки обычно состоят из монокристаллических
блоков разных размеров; кроме того, заряд ПЭС на границах зерен
распределен неравномерно. Поэтому высота потенциальных барьеров на
границах различных зерен флуктуирует и, следовательно, существуют более
"выгодные" и менее "выгодные" пути перемещения носителей заряда вдоль
пленки. Закономерности переноса в таких неоднородных поликристаллических
пленках по существу такие же, как в рассмотренных ниже системах с
крупномасштабными флуктуациями физических свойств.
2.7.2. Электронный перенос в пленках с крупномасштабными флуктуациями
электрофизических свойств. Пространственные флуктуации локальных
электрофизических свойств тонких пленок (концентрации свободных носителей
заряда, удельной проводимости и др.) могут быть обусловлены такими
факторами, как химическая неоднородность, неравномерное распределение
легирующей примеси по объему, скопление дефектов и т.п. (см. главу 6). В
ОПЗ локальные флуктуации концентрации свободных носителей чаще всего
связаны с неравномерным распределением заряда по поверхности кристалла.
Флуктуационную неоднородность принято называть крупномасштабной, если
пространственная протяженность однородных областей превышает такие
характерные размеры, как длина волны де Бройля A# , длина свободного
пробега носителей заряда /о, длина экранирования Lo (для ОПЗ - полная
ширина L0).
Энергетическая структура кристалла (или ОПЗ) с крупномасштабными
флуктуациями электрофизических свойств может быть представлена в виде
пространственно модулированной флуктуаци-онным потенциалом зонной схемы.
Для однородных систем ширина запрещенной зоны всюду сохраняется
постоянной - дно зоны проводимости и потолок валентной зоны
промодулированы одинаково. При химической или структурной неоднородности
системы ширина запрещенной зоны также может изменяться. В любом случае
энергия электрона на дне зоны проводимости неоднородного полупроводника
является функцией координаты (далее мы ограничимся рассмотрением
электронного переноса) - рис.2.15,а. Наиболее глубокие минимумы
потенциальной энергии, где F > Ес, заполнены электронами и образуют некое
подобие системы "озер" на неровной местности. При небольшом количестве
таких "озер" электроны остают-
Процессы электронного переноса в областях пространственного заряда.
73
ся локализованными - свободное перетекание электронов из одного "озера" в
другое невозможно, поскольку они отделены потенциальными барьерами -
рис.2.15 Д При повышении энергии Ферми уровень "воды" в "озерах"
поднимается и при некотором критическом значении F = Ер отдельные "озера"
образуют единую систему, соединенную "каналами", по которой
Iaassgj
Рис.2.15. Флуктуации дна зоны проводимости в полупроводнике (а) и
пространственное распределение электронов в зоне проводимости при двух
положениях уровня Ферми: F" < Ер (б) и Fп > Ер (в). Темные пятна на
рисунках (б,в) соответствуют областям с высокой концентрацией электронов
электроны могут уйти на бесконечность - принято говорить в этом случае об
образовании "бесконечного кластера" - рис. 2.15,в. Величину Ер азывают
уровнем протекания (или перколяции - от лат. percolatio - просачивание).
Критическое значение объема проводящих областей в трехмерном (3D) случае
или их площади - в двумерной (2D) системе - в относительных единицах
называют порогом протекания. Для 3D систем порог протекания равен
приблизительно 0,17; для двумерных - 0,5.
Электроны с энергией Е > Ер являются делокализованными и могут свободно
двигаться вдоль пленки (или поверхности в ОПЗ), огибая потенциальные
барьеры. Если Е < Ер , для свободного перемещения по пленке необходима
термическая активация электрона на уровень протекания. Поэтому
зависимость подвижности электронов от температуры в этом случае такая же,
как в соотношении (2.2В), с той только разницей, что энергия активации
подвижности теперь имеет смысл средней энергии возбуждения электрона на
уровень протекания. С типичным случаем электронного переноса в 20-системе
с крупномасштабными флуктуациями потенциала - по инверсионному каналу
вблизи порога его открывания - мы уже встречались в разделе 2.6.1.
2.7.3. Некоторые особенности электронного переноса в неупорядоченных
системах. Изложенные в предыдущем разделе представления, основанные на
классической теории протекания, применимы только к системам с
крупномасштабными флуктуациями электрофизических свойств. При уменьшении
масштаба флуктуаций все боль-
74
Глава 2
шую роль начинают играть квантовые эффекты. Более общий подход к проблеме
переноса в системах со случайным силовым полем основывается на
представлениях современной электронной теории неупорядоченных систем. Как
