Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
равновесное заполнение ПЭС.
Для того, чтобы все ПЭС (быстрые и медленные) достигли равновесия с
разрешенными зонами после включения поперечного поля, требуются часы.
Кроме того, из-за высокой плотности медленных состояний AQsc может быть
много меньше ДQs и исследованный участок энергетического спектра ПЭС при
реально достижимых полях будет мал. К сча- Рис.3.19. Кривые захвата
заряда на стью, часто диапазоны постоянных быстрые ПЭС реальной поверхно-
времени быстрых гу5 и медленных ти с(tm) германия при 300К после ПЭС
разделены (см. раздел 2.4.2) так травления (1) и последующих тер-
что можно полобпятн частоту нзме м°вакуумных обработок при тем-что можно
подобрать частоту изме пературах: 500К (2) и 750К (3)
нения поперечного электрического Пунктир (4) - после адсорбции
Ус. kT/q
парабензохинона на поверхности, вакуумированной при 500К [8]
поля со, на которой система быстрых ПЭС полностью успевает
перезаряжаться, а медленные ПЭС - не изменяют заряда (например, для
германия ю = 20-40 Гц при 300К). Такой вариант эффекта поля называется
квазистационарным. На рис.3.19 показаны несколько типичных кривых
захвата, полученных на реальной поверхности германия в разных условиях
методом квази-стационарного эффекта поля. Видно, что кривые захвата
достаточно плавные и не имеют каких-либо особенностей в виде ступенек,
кото-
110
Глава 3
рые можно было бы ожидать при наличии моноуровней в энергетическом
спектре ПЭС. Такой же вид кривых захвата характерен, как правило, и для
других полупроводников. Физические причины этого мы обсудим в разделе
6.3.
Если кривые захвата заряда на ПЭС достаточно плавные, плотность ПЭС при
любом значении может быть получена дифференцированием зависимости Qs (Ys)
по потенциалу (см. соотношение (3.14)):
NS(Ys) = --^y/q)- кТ. (3.62)
ar s
Связь между Ту и положением соответствующего участка энергетического
спектра ПЭС в запрещенной зоне определяется соотношением: Е - Ej= -lnX. +
•
В заключение подчеркнем, что при очень высоких плотно-12 -2
стях быстрых ПЭС (Nfs > 10 см ) методика эффекта поля оказывается
малоинформативной из-за того, что при реально достижимых электрических
полях плотность ПЭС может быть определена только в весьма узком диапазоне
энергий (< 0,1 эВ). По этой причине эффект поля практически не
используется для исследования атомарночистых поверхностей, гораздо более
мощным инструментом экспериментатора является в этом случае метод УФС -
см. раздел 5.3.1.
3.8.2. Исследование заряжения поверхности методом контактной разности
потенциалов. Комбинация контактной разности потенциалов с эффектом поля.
В тех случаях, когда методика эффекта поля оказывается неэффективной
(высокая плотность ПЭС, недостижимость минимума поверхностной
проводимости), определенную информацию о заряжении поверхности при таких
активных воздействиях, как адсорбция, термовакуумные обработки, облучение
и т.п. может дать метод контактной разности потенциалов (КРП). Величина
КРП между исследуемым и отсчетным электродами Дер* равна разности их
термоэлектронных работ выхода, деленной на элементарный заряд д. Для
полупроводникового кристалла термоэлектронная работа выхода определяется
соотношением:
ф5 =Х + {ЕС ~F)S +<7ДФ'- (3-63)
Здесь х - энергия сродства к электрону; Дф' - падение потенциала в
дипольном слое на поверхности кристалла, связанном с адсорбированными
молекулами и (или) окисным слоем. Поскольку расстояние между дном зоны
проводимости на поверхности и уровнем Ферми (Ес - E)s зависит от
поверхностного потенциала, изменение КРП отражает вариации Ys и,
следовательно, поверхностного заряда Qs- Определенные сложности в
интерпретации экспериментальных данных,
Поверхностные электронные состояния
111
полученных методом КРП, состоят в необходимости учета возможных изменений
дипольной составляющей в соотношении (3.63).
Измерение КРП обычно осуществляют методом вибрирующего конденсатора
(метод Кельвина). Отсчетный электрод в этом методе колеблется с
определенной частотой, в результате емкость между исследуемым и отсчетным
электродами периодически изменяется и по измерительной цепи протекает
заряд, величина которого пропорциональна КРП. Если КРП скомпенсировать
внешним источником постоянного напряжения, перетекание заряда между
отсчетным и исследуемым электродами прекратится.
Дополнительные возможности открываются перед экспериментатором при
совместном использовании методик эффекта поля и КРП (Литовченко,
Ковбасюк). В этой комбинированной методике металлический полевой электрод
(на рис.2.5) можно заменять вибрирующим и измерять, помимо проводимости
кристалла, величину ДфА. Это дает возможность не только определять
изменения величины дипольной составляющей работы выхода исследуемого
кристалла, но и проводить градуировку кривых эффекта поля по
поверхностному потенциалу даже в тех случаях, когда минимум поверхностной
проводимости не достигается. Идея метода состоит в том, что для двух
образцов с одинаково подготовленными поверхностями - исследуемого и
