Поверхностные и контактные явления в полупроводниках 1 Поверхность

Поверхностные и контактные явления в полупроводниках 1. Поверхность металлов и полупроводников • • Атомная структура поверхности кристалла Барьер для электронов на поверхности. Работа выхода. Поверхностные электронные состояния. Изгиб зон, распределение заряда, поля и и потенциала вблизи поверхности. 2. Контакт металл-полупроводник (барьер Шоттки) • Энергетическая диаграмма • Вольт-амперная характеристика 3. Электрон-дырочный (p-n) переход • Энергетическая диаграмма • Вольт-амперная характеристика • Инжекция неосновных носителей заряда • Емкость p-n перехода

Атомно-гладкая поверхность a 0 – постоянная решетки; – угол разориентации относительно сингулярной грани; tg =a 0 /b, b – ширина террас Вид сверху: Прямолинейные ступени (разориентация в направлении [10]) [01] [10]

Как приготовить поверхность с атомно-гладкими террасами, разделенными моноатомными ступенями? Нагреть до высокой температуры – позволить атомам диффундировать! 3 мкм Изображения поверхности Ga. As, полученные атомно-силовым микроскопом до и после нагрева в равновесных условиях T=575 C 2 часа T=650 C 2 часа Исходная поверхность V. L. Alperovich, I. O. Akhundov, N. S. Rudaya, D. V. Sheglov, E. E. Rodyakina, A. V. Latyshev, and A. S. Terekhov, Appl. Phys. Lett. 94, 101908 (2009)

Атомная структура поверхности Ga. As(001) Структура Ga. As(001) 1. Симметрия поверхности Ga. As(001) ниже, чем объёма: в объёме есть ось 4 порядка, а на поверхности – только 2 порядка. 2. Соседние пары атомов на поверхности (001) взаимно насыщают «болтающиеся» орбитали и образуют димеры. 3. Образуются сложные реконструкции (m x n), где числа m и n – кратности увеличения периода поверхностной ячейки по отношению к объемной. Вид сверху

Атомная структура поверхности Ga. As(001) Нереконструированная поверхность Реконструированная поверхность Ga. As(001), вид сверху на плоскость (001) Ga. As(001)-(2 x 4)/c(2 x 8) димер

Атомные реконструкции поверхности Ga. As(001) картины дифракции электронов As-rich (1 x 1) Ga-rich (2 x 4)/c(2 x 8) 420°С (4 x 2)/c(8 x 2) (3 x 6)/(2 x 6) 480°С 550°С (4 x 6) 580°С O. E. Tereshchenko, S. I. Chikichev, A. S. Terekhov, J. Vac. Sci. Tech. A 17 (1999) Увеличение периода поверхностной кристаллической ячейки соответствует уменьшению периода обратной решетки (и уменьшению расстояния между дифракционными рефлексами)

Профиль электронной плотности у поверхности металла

Поверхностные электронные состояния

Поверхностные состояния в полупроводниках

Зонная диаграмма поверхности полупроводника

Обратная ветвь идет по-другому: выпрямления нет!

Туннельный диод: зонная диаграмма в равновесии (зона обеднения)

Вольт-амперные характеристики туннельного диода

Объяснение вольт-амперной характеристики туннельного диода Обратное смещение Равновесие V=0 Прямое смещение Вблизи максимума Вблизи минимума Доминирует термоток

Экскурсия 2 декабря (четверг): 10: 00 Милехин Александр Германович, комбинационное рассеяние света НОЦ НГУ

Экскурсии 11 ноября (четверг): 10: 00 Погосов Артур Григорьевич, транспорт в низкоразмерных структурах. ЛТК (сбор в фойе ЛТК) 15: 00 Шкляев Александр Андреевич, вакуумный сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). НОЦ НГУ, к. 34