Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
включения и выключения поля различаются. В то же время кривые перезарядки
МСГ при включении поля
AQss (0 = Qss М - C?S и после его выключения Д Q's's (/) = Qss (t) - Q^J
должны быть абсолютно идентичны - рис.6.13,о.
Обычно непосредственное
измерение величины невозможно из-за длительности процессов медленной
релаксации. К тому же при длительном выдерживании поверхности "под полем"
могут проте-
18(Л0м).отн.сд.
1.5
0.7
К а
t
^2
1.0
1.5
Рис.6.13. Кинетика медленной релаксации после включения (1) и выключения
(2) поперечного электрического поля в обычных (а) и "спрямленных" (б)
координатах, кать необратимые процессы электро- Прямая Г - релаксация
после адсорбции, дрейфа ионов и прото-
включения поля к новому равно-
нов. Можно, однако, довольно точно вескому заряду q ^ [29] определить
Q^J, используя идентичность функциональных зависимостей AQss(0 и AQssiO
~~ рис.6.13Д Зная соответствующие изменения поверхностного потенциала,
можно вычислить концентрацию заряженных медленных состояний N*ss• Если
провести такие измерения при нескольких температурах, то по зависимости
lgN*ss от 1/7" можно определить положение эффективного энергетического
уровня МСГ Е,ЭФ в зонной схеме поверхности кристалла и соответствующую
полную их концентрацию - Nss (рис.6.14). Величина Nss, как уже
отмечалось, может достигать значений 10,3-1014 см"2.
При таких концентрациях средние Рис.6.14. а. Зависимость количества
расстояния между МСГ много заряженных МСГ от температуры на меньше длины
дебаевского экрани- поверхности германия в парах ам-рования, кулоновские
поля заряжен- миака (Р = 2,2т2 Па). 6. Псшоже-ных МСГ перекрываются и их
ние соответствующего эффективного
спектр носит типичный для неупо-
уровня МСГ в зонной схеме [29]
198
Глава 6
рядоченных систем кооперативный характер. Эффективный уровень Е,°Ф,
согласно теории, характеризует захват на некоторый локальный уровень,
адекватно отражающий захват на определенный участок непрерывного спектра
МСГ. Поскольку в дальнейшем мы будем иметь дело в основном с
неупорядоченными поверхностями, именно такой смысл мы будем придавать
энергетическим уровням и опускать индекс "эф".
Проиллюстрируем все сказанное данными по релаксации заряда МСГ на
реальной поверхности германия с прочно координационно-адсорбированными на
ней молекулами воды (Н^О)*. Полная концентрация МСГ Nss= Ю14 см"2,
заряженных МСГ N*ss - 210й см"2, энергетическое положение эффективного
уровня МСГ, созданного молекулами (Н^О)*, относительно середины
запрещенной зоны Ej - Е, = -1 kT/q и минимальные значения сп>р = 10"28-
10"27 см2. Практически такие же параметры характерны для МСГ, созданных
координационно связанными молекулами аммиака (NH3). Таким образом
положение эффективного энергетического уровня МСГ Et прямо не отражает
индивидуальное строение адсорбированных молекул. С другой стороны,
параметры МСГ весьма чувствительны к химическому окружению центров
адсорбции. Так, дегидратация поверхности изменяет Ej - Е, от -1 до - 5
kT/q. К тем же результатам приводит химическое модифицирование
поверхности, например, замена ОН-групп на фторидные или гидридные группы.
Наибольшей загадкой для исследователей долгое время являлись весьма малые
сечения захвата с":Р этой группы состояний, не свойственные дефектам в
объеме твердого тела. Многие связывали это с наличием буферного слоя,
отделяющего МСГ от полупроводника. Предполагалось даже, что МСГ находятся
на внешней поверхности структуры полупроводник-оксид. Измерения методом
эффекта поля не подтвердили эту точку зрения: кинетика медленной
релаксации при включении поперечного электрического поля и при адсорбции
(когда поле отсутствует) оказалась одинаковой. Медленная релаксация
наблюдалась не только в полупроводниках с оксидными пленками (Ge, Si,
GaAs и др.), но и в чистых оксидах и сульфидах (CuO, ZnO и CdS), где МСГ
располагаются в нарушенном поверхностном слое. Все эти особенности МСГ мы
подробно обсудим в гл. 8 при рассмотрении механизма захвата на
адсорбционные состояния.
6.3.3. Быстрые электронные состояния (БС). Эта группа состояний
располагается в частично разупорядоченном слое самого полупроводника -
рис.6.7. Поэтому она находится в хорошем электрическом контакте с его
разрешенными зонами; характеристические времена обмена зарядами
составляют при комнатной температуре \fS = 10"7-10"5 с. БС в значительной
мере определяют параметры эле-
Природа реальных поверхностей и межфазных границ
199
ментов микроэлектроники. По этой причине к исследованию энергетического
спектра БС был привлечен практически весь арсенал современных
электрофизических методов диагностики поверхностей и межфазных границ.
Первые же детальные исследования захвата носителей заряда на БС реальной
ffl?c поверхности германия в зависимости от по- " верхностного потенциала
методом эффекта ^0.2 поля показали, что кривые захвата AQfi(Ys) >
являются плавными, не содержащими ка- ^ ких-либо особенностей,
