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半导体的表面电场
半导体的表面电场
一、形成表面电场的因素
1．表面态的影响
由于表面态与体内电子态之间交换电子，结果产生了垂直于表面的电场。
(EF)s→表面费米能级
(EF)s≠ EF
二、表面电场效应
1．空间电荷区和表面势
讨论在外加电场作用下半导体表面层内发生的现象。
d
金属
绝缘体
半导体
欧姆接触
MIS结构
理想的MIS结构:
金属与半导体间功函数差为零
绝缘层中无电荷且绝缘层完全不导电
绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态
MIS结构是一电容
在金属与半导体间加电压后, 金属和半导体
相对的两个面上被充电, 符号相反
金属中, 电荷分布在一个原子层范围内;
半导体中, 电荷分布在一定厚度的表面层内---
空间电荷区
－
－－－－
－－－
－－
+ +
+ +
+ +
+ +
+
－
M
I
S
VG
空间电荷区
表面与体内的电势差为表面势，用VS表示。
规定：
表面电势比内部高时，VS>0，反之，表面电势比内部低时，VS<0。
外加正偏压VG时(M为正)，电场由表面指向体内，VS>0；
外加反向偏压时，VG<0，电场由体内指向表面，VS<0。
x
0
V(x)
Vs
x
V(x)
0
Vs
VG＞0
VG＜0
2．能带弯曲和载流子浓度的变化
(1) 能带弯曲
有表面势存在时，空间电荷区内的电子受到一个附加电势的作用，电子的能量变为： EC(x)=EC q V(x) 、EV(x)=EV q V(x)
●VG>0，VS>0时，取负号，空间电荷区的能带从体内到表面向下弯曲
●VG<0，VS<0时，取正号，空间电荷区的能带从体内到表面向上弯曲
(2) 载流子浓度
体内：EC，EV
空间电荷区 ：
V(x)>0，能带向下弯
V(x)>0
空穴的势垒
空间电荷区 ：
0
x
EF
V(x)<0，能带向上弯
V(x)<0
电子的势垒
空间电荷区 ：
0
x
X=0 V(x)=Vs
表面上
3．P型半导体表面空间电荷层的四种基本状态
(1) VG<0，金属接负，半导体接正
VS为负，能带上弯
多子堆积
表面层出现空穴堆积,
带正电
EFm
EFs

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