2022-2023學年高二物理競賽課件：半導體的表面電場

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半導體的表面電場

半導體的表面電場一、形成表面電場的因素

1．表面態(tài)的影響

由于表面態(tài)與體內(nèi)電子態(tài)之間交換電子，結(jié)果產(chǎn)生了垂直于表面的電場。(EF)s→表面費米能級(EF)s≠EF二、表面電場效應1．空間電荷區(qū)和表面勢

討論在外加電場作用下半導體表面層內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。d金屬絕緣體半導體歐姆接觸MIS結(jié)構(gòu)理想的MIS結(jié)構(gòu):金屬與半導體間功函數(shù)差為零絕緣層中無電荷且絕緣層完全不導電絕緣層與半導體界面處不存在任何界面態(tài)

MIS結(jié)構(gòu)是一電容

在金屬與半導體間加電壓后,金屬和半導體相對的兩個面上被充電,符號相反金屬中,電荷分布在一個原子層范圍內(nèi);

半導體中,電荷分布在一定厚度的表面層內(nèi)---

空間電荷區(qū)－－－－－－－－－－+++++++++－MISVG空間電荷區(qū)表面與體內(nèi)的電勢差為表面勢，用VS表示。

規(guī)定：

表面電勢比內(nèi)部高時，VS>0，反之，表面電勢比內(nèi)部低時，VS<0。

外加正偏壓VG時(M為正)，電場由表面指向體內(nèi)，VS>0；

外加反向偏壓時，VG<0，電場由體內(nèi)指向表面，VS<0。x0V(x)VsxV(x)0VsVG＞0VG＜02．能帶彎曲和載流子濃度的變化(1)能帶彎曲

有表面勢存在時，空間電荷區(qū)內(nèi)的電子受到一個附加電勢的作用，電子的能量變?yōu)椋篍C(x)=EC

V(x)、EV(x)=EV

V(x)●VG>0，VS>0時，取負號，空間電荷區(qū)的能帶從體內(nèi)到表面向下彎曲●VG<0，VS<0時，取正號，空間電荷區(qū)的能帶從體內(nèi)到表面向上彎曲

(2)載流子濃度體內(nèi)：EC，EV

空間電荷區(qū)：V(x)>0，能帶向下彎

V(x)>0空穴的勢壘

空間電荷區(qū)：0xEFV(x)<0，能帶向上彎

V(x)<0電子的勢壘

空間電荷區(qū)：0xX=0V(x)=Vs表面上3．P型半導體表面空間電荷層的四種基本狀態(tài)

(1)VG<0，金屬接負

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