Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
абсолютной величине наведенного в диэлектрике заряда. Так, максимальный
сдвиг спектра, как видно из рис.6.20, имел место, когда заряд электронных
ловушек был специально скомпенсирован зарядом дырочных ловушек или
протонов. В обоих случаях интегральный заряд поверхности Qs - 0. Модель
однородной поверхности с постоянным макроскопи-
Рис.6.20. Энергетический
спектр быстрых электронных состояний на окисленной поверхности германия:
1 - исходное состояние поверх-
ности; 2 - после накопления протонов; 3, 4 - после оптического заряжения
ловушек окисной пленки ЛД~ и ЛД^ соответственно; 5 - после одновременного
заряжения ЛД- и ЛДд; б - после совместного действия накопления протонов и
оптического заряжения ЛД~ [26]
204
Глава 6
ческим полем ?,шх = ?$ не в состоянии объяснить наблюдаемые явления.
Скорее всего, изменения N/s (рис.6.20) связаны с воздействием
флуктуационных локальных полей ?лок (и деформаций - см. ниже) на
параметры БС.
До сих пор дискуссионным является механизм воздействия флуктуационных
полей заряженных ловушек диэлектрической пленки и ионов на спектр БС.
Высказывается крайняя точка зрения, что кластеры зарядов в
неупорядоченном диэлектрике могут создавать достаточно глубокие
потенциальные ямы в полупроводнике, которые и выполняют функции БС
(Сурис, Гергель). Все исследователи сходятся на том, что такая модель
реальна для мелких уровней у краев разрешенных зон, но высказывают
сомнения о возможности образования достаточно глубоких потенциальных ям в
середине запрещенной зоны. Для этого необходимы большие амплитуды
флуктуаций и, следовательно, наличие кластеров зарядов, образование
которых считается маловероятным из-за отталкивания одноименных зарядов.
Однако при этом забывают о корреляционных эффектах и предыстории
образования структуры.
В сильно неравновесных условиях формирования структуры возникновение
метастабильных нанометрических заряженных кластеров может оказаться
вполне реальным процессом. В ряде случаев генезис поверхности протекает
при сильном нарушении термодинамического равновесия, как между
полупроводником и окружающей средой, так и между формирующейся
поверхностной фазой и объемом кристалла. Эти процессы часто протекают при
высоких температурах и значительных градиентах концентрации реагирующих
веществ. В этой ситуации часть дефектов в силу синергетических принципов
может самоорганизовываться в ассоциаты и метастабильные кластеры. При
быстрой стабилизации системы - резком охлаждении, затвердевании и т.д.
часть дефектов "замораживается" и, находясь в достаточно глубоких
потенциальных ямах, обладает малой подвижностью в охлажденной матрице.
Они могут длительное время существовать как метастабильные состояния, в
том числе и в заряженной форме. Такие дефекты часто называют
"закалочными". Это могут быть кластеры гидроксильных групп на
поверхностях оксидов, нанометрических фрагментов Si и Si02 на межфазной
границе Si-Si02, а также примесных атомов и др. Ранее (см. п.4.4.5) уже
упоминались метастабильные кластеры ионов Ti3+ на поверхности
восстановленного рутила. Таким образом, в принципе нельзя исключить
полевое воздействие протяженных заряженных кластеров на спектр БС.
Случайные поля этих кластеров могут создать новые достаточно глубокие
потенциальные ямы, выполняющие функции быстрых ло-
Природа реальных поверхностей и межфазных грониц
205
вушек, или изменить параметры уже существующих дефектов (рй-центров), в
частности, стимулируя перестройку их окружения и переход из однозарядного
в двухзарядное состояние.
В ряде случаев может реализоваться альтернативный механизм. Локальные
поля зарядов диэлектрика ?Л01С могут вызвать элек-трострикционные
деформации ближайшего окружения. Напомним, что в изотропной среде
объемная деформация aV / V = А е2, а в пьезоэлектриках (обратный
пьезоэффект) АУ /V = А' ?. Передаваясь по эстафете к границе раздела с
полупроводником, эти деформации могут привести к появлению
флексоэлектрических полей и изменению параметров существующих БС.
Заметим, что в пленках диоксида кремния существуют кластеры
кристаллических модификаций SiC>2, обладающих слабыми пьезоэлектрическими
свойствами (п.6.1.1),
Проведенные Эдвардсом кластерные расчеты энергетических положений рй-
центров в запрещенной зоне кремния E/s для всех трех видов зарядового
состояния (А, Б и В на рис.5.3), показали, что величина Efs зависит от
гидростатического давления на образец (-1,7 мэВ кбар'1)- Измерения
энергетического спектра БС, проведенные Джонсоном с сотр. методом РСГУ,
подтвердили это предсказание. С ростом давления (30-80 кбар) уровни Рй-
центров опускались к потолку валентной зоны кремния. При высоких
давлениях теория предсказывает зависимость темпа захвата на БС от
поляризации спина электронов - спин-зависящий сигнал РСГУ. Для некоторых
поверхностей соединений AIHBV следует ожидать обратной зависимости E/s от
давления - смещение уровней к дну зоны проводимости. Совершенно не
