Г. Н. Шелованова - Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники: курс лекций

поколения с уникально высокими параметрами.
Рассмотрим характеристику поверхности полупроводников. Различают
несколько типов поверхности полупроводников: атомно-чистая, контактирующая со сверхвысоким вакуумом или peaктивной очищаемой средой; реальная, обычно получаемая методом химического травления, находящаяся
в контакте с реальным воздушным окружением и в связи с этим содержащая
адсорбированные гидроксильные, окисные и другие чужеродные (в том числе примесные) слои; содержащая гетеропереходы – специально сформированные тонкие слои неполупроводниковых фаз – диэлектрических, металлических (структуры «диэлектрик – полупроводник», «металл – диэлектрикполупроводник», «металл – полупроводник», рис. 1.1), а также полупроводники разной природы (тонкопленочные гетеропереходы). Кроме того, известна внутренняя поверхность полупроводников – граница бикристалла,
двумерных дислокаций (дефектов упаковки).
Донорный, или акцепторный, характер поверхностных примесных атомов определяется их химическим электронным сродством по отношению
к веществу подложки. Поэтому для элементов, проявляющих значительное
сродство, тип центра определяется однозначно (например, кислород, фтор,
хлор всегда являются акцепторами, а водород и щелочные элементы – доно-

 Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники. Курс лекций

9

ЛЕКЦИЯ 1. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ В СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.1. Поверхность и её свойства

рами). Для двухслойных гетероструктур поверхностные уровни границ разделов между фазами близки по природе к уровням свободной поверхности,
они определяются главным образом искажением химической связи «диэлектрик – полупроводник», комплексами дефектов структуры, а также наличием
на поверхности чужеродных атомов.

1.2. Поверхностный потенциал
Параметр, характеризующий изгиб зон в полупроводнике на поверхности раздела «полупроводник – окисел», называется поверхностным потенциалом (на рис. 1.1 это Ys). Методы определения поверхностного потенциала
основаны на измерении ряда параметров поверхности, таких как поверхностная проводимость, поверхностная емкость и др. Существуют таблицы и номограммы, по которым можно построить зависимость поверхностной проводимости от поверхностного потенциала для полупроводников. Поверхностная проводимость является достаточно сложной функцией поверхностного
потенциала и степени легирования полупроводника.
Качественно оценить поверхностную проводимость можно следующим
образом. При положительном изгибе зон поверхностная проводимость полупроводника n-типа повышается вследствие образования у поверхности обогащённого слоя. При достаточно больших отрицательных изгибах зон из-за
образования вблизи поверхности инверсионного слоя поверхностная проводимость полупроводника n-типа оказывается также весьма значительной.
Минимального значения она достигает, когда имеется незначительный отрицательный изгиб зон, при котором поверхностная проводимость определяется проводимостью обедненного слоя.
В полупроводнике p-типа, наоборот, поверхностная проводимость будет возрастать из-за образования обогащённого слоя при отрицательных изгибах зон и инверсионного слоя, возникающего при больших положительных
изгибах зон. Минимальное значение она будет иметь в этом случае при незначительном положительном изгибе зон, ибо, как и в предыдущем случае,
она будет определяться проводимостью обеднённого слоя. Сказанное можно
пояснить с помощью рис. 1.2.

 Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники. Курс лекций

10

ЛЕКЦИЯ 1. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ В СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.2. Поверхностный потенциал

n-тип

σS

p-тип

λ1
λ2

YS
λ2 < λ1

1

2

Рис. 1.2. Зависимость проводимости и приповерхностного слоя от изгиба зон

Сделаем следующие замечания. Во-первых, минимальное значение
проводимости достигается при Ys min= ln λ2/b;
здесь

λ=

p0 ni
= ,
ni n0

где n0 , p0 – концентрации электронов и дырок в полупроводнике; ni – собственная концентрация носителей заряда.
Это означает, что положение минимума на кривыхσ s(Ys) определяется
лишь объёмными свойствами полупроводника: при увеличении степени легирования минимальное значение поверхностной проводимости смещается
в сторону возрастания --">