3.2. Что такое «поверхностная проводимость», от чего она зависит
Избыточные электроны и дырки могут двигаться вдоль поверхности при приложении электрического поля, обусловливая тем самым изменение проводимости образца. Вызванная наличием ∆N и ∆P избыточная проводимость носит название поверхностной проводимости. Если предположить, что значение подвижностей электронов и дырок в области пространственного заряда равно из значениям в объёме полупроводника, то для поверхностей проводимости можно написать:
∆N и ∆P являются функциями уровня легирования и поверхностного электростатического потенциала Ys, а значит и поверхностная проводимость Gs является функцией тех же величин.
На рисунке представлена зависимость Gs (Ys ) для разных значений λ в полупроводнике n-типа:
При
отрицательном Ys
Gs
тоже отрицательна, а с ростом /Ys/
Gs
уменьшается, так как концентрация
подвижных носителей заряда в обл.
пространственного заряда меньше, чем
когда Ys=0.
Это режим обеднения. Это будет продолжаться
до тех пор, пока скорость дырок с
изменением Ys
не станет больше, чем скорость убывания
концентрации электронов. Т.е. концентрация
n
в объеме полупроводника равна концентрации
p
на поверхности. Дальнейшее увеличение
/Ys/
приведет к резкому увеличению концентрации
дырок, образованию инверсионного слоя
и к увеличению Gs.
3.3. Что такое диффузное рассеяние и как оно влияет на подвижность носителей заряда.
Если при соударении с поверхностью носитель заряда полностью или частично теряет свою дрейфовую составляющую скорости – это называется диффузное рассеяние.
Диффузное рассеяние приводит к уменьшению подвижности носителей заряда, движущегося в потенциальной яме(в случае слоев обогащения – основного заряда, в случае слоев инверсии - неосновного). Физической причиной снижения подвижности является то, что появление поля, нормального к поверхности, приводит к увеличению составляющей скорости к поверхности и как результат – уменьшается время соударения носителя заряда с поверхностью.
Изменение подвижности в приповерхностной области учитывается поправкой Шриффера по формуле:
,
где
3.4. Экспериментальная и теоретическая зависимость поверхностной проводимости от индуцированного заряда. Причины различия
В опытах по эффекту поля обычно стараются выполнить условие Сокс<<Сср, что дает возможность определять величину индуцированного заряда, как Qинд=Сокс*Vg и экспериментальную зависимость строить в координатах Gs(Qинд). Теоретическая зависимость в тех же координатах при известных подвижностях электронов и дырок и при уровне легирования полупроводника легко строится по схеме:
Реально наблюдаемая в экспериментах по эффекту поля зависимость поверхностной проводимости от индуцированного заряда очень отличается от теоретической.
Основные причины различия:
-- между полупроводником и металлом существует контактная разность потенциала qфк=Фм-Фп
-- на границе раздела полупроводник-диэлектрик и в самом диэлектрике практически всегда существуют состояния, способные нести не скомпенсированный заряд определенного знака и не меняющие своего зарядового состояния при всех достижимых в данном эксперименте значениях поверхностного электростатического потенциала Ys
-- имеются такие состояния, заполнение которых электронами зависит от значения Ys
Из-за первых двух причин в полупроводнике существует поверхностная проводимость Gs=0 в отсутствии напряжения на металлическом электроде Vq=0 и, следовательно происходит параллельный сдвиг экспериментальной кривой, а также изменяется ее форма.
