文档介绍：第四章薄膜的表面和界面第9讲
在研究薄膜中,表面:固体和气体或真空的分界面
界面: 固体和固体的分界面
几何表面:表面的几何分界面。
物理表面:一个电子结构不同于内部的表面区域
由于具体的材料不同,表面区的厚度有很大的差异
薄膜的常用厚度为几十到几百nm.
;
半导体的表面区,却有几个,甚至几千个原子层;
电介质的表面区更厚。
§ 表面双电层的表面势
(1)金属表面的双电层和表面势
晶体中原子排列的三维周期性在表面处突然中断,
表面层中的原子可能发生
重新排列→能量↓(表面能)
金属中自由电子密度很高→屏蔽→金属表面处的电势
分布近于一个单原子层如图。
(∵电子的逸出功下降)
钨表面吸附氧原子,表面电势升高
钨表面吸附铯原子,表面电势降低——光电阴极材料
表面原子位能高,表面活性较大,易吸收外来原子,.
能量
真空能级
距离
内部原子
表面原子
晶体表面势能
硅晶格在表面处突然终止,表面处硅原子有一个
未成键的电子,即有一个未被饱和的建—称为悬挂键
电子在悬挂键上的能态——表面态,处在禁带中,
起电子陷阱作用.
(2)半导体表面的双电层和表面势
体内电子被表面态捕获而在体内产生空穴,而
表面原子得到一个稳定的八电子壳层带有负电荷,
它与体内空穴形成双电层.
若表面态能级在导带底附近→施主型
若表面态能级在价带顶附近→受主型
表面态使表面层带有过剩电荷,因而在表面层下
产生异种电荷的聚集层,耗尽层,反型空间电荷层,
例如:
①表面层带有正过剩电荷
电子聚集在空间电荷层
→导电好→形成聚集层
→导电更好(表面处)
内部
n型
表面层(空间电荷区)
表面正过剩电荷固定不动
聚集层
②表面层带有负过剩电荷
电子向体内流动
→形成耗尽层(电子)
→表面处比内部更不易导电.
内部
n型
表面层(空间电荷区)
表面负过剩电荷固定不动
耗尽层
③表面层带很多负过剩电荷
n型中的少数载流子空穴
聚集在空间电荷层
→形成反型层
内部
n型
表面层(空间电荷区)
表面很多负过剩电荷固定不动
耗尽层
半导体空间电荷层厚102-103nm
金属空间电荷层厚零点几nm.

其因:半导体内自由载流子少,为聚集足够多
的电荷,以平衡表面层中的被陷过剩电荷,
在半导体中需要较厚的空间电荷层。
(3)介质表面的双电层和表面势
与半导体类似,但空间电荷层有厚,说明如下:
设表面态在介质的禁带中均匀分布,其密度
(单位面积单位能量)为Ns。热平衡表面态的费米
能级与体内一致,所以电子从导带填充到表面态上
表面态
表面和内部在平衡之前
EF
n型
平衡后