Уровень электронейтральности и пиннинг уровня Ферми

Если есть сост., то оно м.б. либо заполнено, либо не заполнено. Сущ. некий уровень E₀–уровень электронейтральности, такой что если уровень Ферми совпадет с ур. E_0, то заряд поверхностных состояний равен , соответственно, если , то .

Как правило, ур. Ферми не совпадает с ур. E₀ и на поверхности имеется какой-то заряд, связ. с поверхн. состояниями. Этот заряд служит причиной изгиба зон, кот. сущ. в отсутствие внешнего поля.

Рассмотрим влияние внешнего поля. Пусть для простоты ур. Ферми совпадает с E₀и поверхностный заряд равен 0. Приложим к поверхности п/п положительный потенциал, чтобы вызвать изгиб зон вниз. Зона поверхностных сост. вместе с E₀смещается. Вместе с краями зон смещается и E₀; положение ур. Ферми фиксировано => чтобы скомпенсировать 1В достаточно сместить края зон вместе с E₀ на 10^-3эВ, ионы почти не двигают ур. Ферми. Фиксация зон и уровня Ферми наз. пиннингом зон и уровня Ферми на поверхности.

8. Контактные явления, контактная разность потенциалов, неоднородные полупроводники.

Функционирование п/п приборов во многом определяется явлением в контактах различного типа: p–n, Me–п/п, диэл-п/п.

Основными параметрами, определяющими свойства контактов – это контактная разность потенциалов. Известно, что в равновесии ур. Ферми в системе есть константа (F=const). Если мы рассмотрим 2 изолированных материала, то единый для них параметр – это уровень энергии электронов в атоме. А ур. Ферми в этих материалах м.б. свой.

Рассмотрим 2 п/п p- и n- типа:

Термодинамику проц. определяет положение ур. Ферми (E_F – ср. энергия, на кот. изменяется при добавлении 1-го электрона)

– термодинамическая работа выхода

– сродство электронов.

– гетеропереход (либо, но )

При образовании контакта электроны из материала, у которого работа выхода меньше, будут переходить в материал, у которого работа выхода больше. Во 2-м материале будет образовываться «+» объемный заряд, в первом – «–». В 1-м материале уровень Ферми будет повышаться, а во 2-м – понижаться.

Чтобы определить распределение потенциала и поля необходимо решить уравнение Пуассона:

, - ширина p-n перехода

– концентрацию заменяем на приведенную концентрацию

(т.к. w близка к L_Д)

,

Приложим к p-n переходу напряжение.

Положительным считается напряжение, когда к p области приложен «+», а к n обл. – «-». Это прямое включение.

;

Если наоборот – то обратное включение.

p-n переход можно рассматривать, как плоский. Соответствующая емкость называется барьерной емкостью.