Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
указывающих на ?
присутствие дискретных энергетических уровней БС (рис.3.19). Рассчитанные
из
этих кривых захвата энергетические спектры БС имеют монотонный 17-
образный вид - -°2
рис.6.15. Минимум плотности БС находится вблизи середины запрещенной зоны
Ge. g
Доминирование непрерывного спектра БС и 2
наблюдалось на реальных поверхностях и Л/^, 10 см -эВ
многих других полупроводников: AIV, AIHBV
и AnBvl. На рис.6.16 представлены данные Рис.6.15 Энергетический
многочисленных экспериментов для крем- спектр быстрых ПЭС на
ния. Не вдаваясь в сколь-нибудь подробный Р€альной поверхности
германия после травления
анализ этих зависимостей, отметим, что са- (1) вакуумирования при мые
различные активные воздействия на 500К (2) и легирования поверхность,
существенно изменяя инте- поверхности золотом (3) тральную плотность БС,
в основном сохраняют монотонный 17-образный характер их энергетического
спектра. К таким воздействиям относятся: окисление поверхности, ее
химическое модифицирование путем термовакуумных обработок, фторирование и
гидратация, замена собственного окисла на другие диэлектрики (например,
GeC>2 на Ge3N4 , SiC>2 на Si3N4), адсорбция различных акцепторных и
донорных молекул и, наконец, ионизирующее облучение поверхности,
воздействие сильных поперечных электрических полей при повышенных
температурах (термополевые обработки). Эксперименты с германием показали,
что монотонный характер спектра БС сохраняется и при низких температурах
(Ржанов, 1970).
Сохранение монотонности энергетического спектра при столь различных
воздействиях на поверхность полупроводника невозможно объяснить в рамках
модели однородной поверхности, для которой характерно присутствие
дискретных уровней ПЭС. В то же время объяснение можно найти с позиции
электронной теории неупорядоченных систем. Энергетические спектры БС
качественно на-
• r .nil -2 г.'1
Nfs, 10 см эВ
200
Глава 6
поминают спектры неупорядоченных систем. Из рис.6.16, например, видно,
что спектры БС для кристалла кремния (с-Si) мало чем отличаются от
спектра аморфного гидрированного кремния (a-Si:H). Непрерывный характер
спектра БС дополнительно свидетельствует о ра-зупорядоченности межфазной
границы полупроводник-диэлектрик и о высокой плотности на ней случайных
флуктуационных полей. В настоящее время концепция энергетического спектра
поверхности как неупорядоченной системы приобретает все большее
распространение в физике твердого тела.
Доминирование в запрещенной зоне непрерывного спектра, естественно, не
исключает возможность появления дискретных уровней. Теория показывает
(п.2.7.3), что при высокой плотности флуктуационных полей эти уровни
будут уширяться (рис.2.16, а). Действительно, такие размытые пики
проявляются в окисленном с-Si и n-Si:H - рис. 6.16,в и г. Для иллюстрации
на рис.6.16 приведены узкие пики плотности состояний (1 и 2) от
упорядоченных цепочек спиновых рА-центров в дислокациях кремния.
Уширенные пики наблюдались при легировании золотом германия (рис.6.15) и
при ионной имплантации. Однако, не всегда есть полная уверенность, что
эти пики не связаны с дефектами в упорядоченной приграничной области
кристалла, т.е. в ОПЗ. Размытые экстремумы в энергетическом спектре БС
наблюдались и для других полупроводников, например GaAs, InP и др.
Уже давно в качестве потенциальных центров быстрого захвата назывались
парамагнитные разорванные связи кремния на границе раздела Si-Si02-
Пионером в их исследовании на межфазной границе был Ниши. Помимо
^'-центров в граничной фазе, им были
обнаружены сигналы ЭПР от разорванных связей самого кремния,
получивших название р*-центров. Сигналы от них характеризуются
Ю° * ю". . . . . _ 12 "" i I УЮ'А / *-st \ / "а ?0 '-'""!! Гс
-0,2-V о 0,1 Ц2 в? в,з a,So.s о,з 0,1 XJ к -1 " I 1
-0,2 -0,1 О Of 0,2 %е 1.2 0,8 0,4 О
Энергия, эВ Энергия, эВ
Рис.6.16. Энергетический спектр быстрых электронных состояний на реальной
(а и б), термически окисленной (в) поверхностях монокристаллов кремния и
в аморфном кремнии (г). Цифры у кривых соответствуют на рис. а)
использованию разных трави-телей и температур вакуумирования; на рис. б)
химическому модифицированию поверхности. Пунктирные пики (в) - плотность
состояний от дислокаций в объеме кремния [26,30]
Природа реальных поверхностей и межфазных границ
201
такими же параметрами как и сигналы от разорванных связей ^Si" на
атомарно-чистых поверхностях (центры А на рис.5.2 и 5.3). Однако
последующие детальные измерения угловых зависимостей сигналов ЭПР от р*-
центров для разных кристаллографических плоскостей, температурных
зависимостей и вариаций их параметров при разных режимах окисления
кремния показали, что существует две разновидности р*-центров: а) р*0-
атомы кремния, связанные с тремя соседними атомами Si (ySi-Si) и
б) P*j - трехкоординированные атомы Si, связанные с соседними атомами
кислорода (рис.6.17).
Подробные измерения спектров ЭПР от этих центров в X и К диапазонах (см.
