半导体的表面态和表面能级

——半导体表面态主要有两种：

（1）固有(本征)表面态：晶格中断→表面产生悬挂键→具有束缚电子的作用～表面态。

（2）非本征表面态：杂质或者缺陷产生的价键→表面态。

——因为表面态是电子的一种束缚状态，所以，在能带图上，表面态上电子所对应的能量——能级，就称为表面能级。

——表面态也可以是空穴的束缚状态。

——表面态对于半导体性能的影响，主要表现为起复合中心作用，降低少数载流子寿命。

表面态是由晶体表面的离子键不饱和或者表面落入灰尘离子等杂质造成的，因为在表面的带电粒子都会有向内扩散的趋势，必然会引起能带弯曲。

前者引起的能带弯曲多数是向上的，因为表面态为游离电子，体内电子到达表面难度增加，势垒向上弯曲。这种表面态的引入是可控的。

后者引起的能带弯曲是不可控的，而且是有害的，因为半导体向着未知的性能变化，如果引入了离子杂质如Na，更会向半导体内部扩展，变成废品。

不饱和离子键引起的能带弯曲可以由公式得到

Vbi是禁带宽度，Nd1是表面态浓度，Na2是体内掺杂浓度（or硅离子的有效浓度）。

在后半导体中表面态不明显，在薄半导体中表面态浓度不能被忽略，当表面态浓度状态足够大时会出现箝位现象，即势垒高度完全有表面态浓度决定，无论形成肖特基二极管是何种金属都不会改变势垒高度。通过这种技术可以有效自由地控制肖特基二极管的势垒高度，在微电子甚至纳电子领域都有所影响。

当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中断，从而导致禁带中出现电子态（能级），该电子态称为表面态(Tamm state)。

表面态的形成

1) 理想、清洁半导体表面：理想表面产生表面能级(表面态)的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他认为晶体的周期性势场在表面处发生中断引起了附加能级.因此,这种表面能级称为塔姆表面能级或塔姆能级(Tamm Level).塔姆曾计算了半无限克龙尼克–潘纳模型情形,证明在一定条件下每个表面原子在禁带中对应一个表面能级.上述结论可推广到三维情形,可以证明,在三维晶体中,仍是每个表面原子对应禁带中一个表面能级,这些表面能级组成表面能带.因单位面积上的原子数约为,故单位面积上的表面态数也具有相同的数量级.表面态的概念还可以从化学键的方面来说明.以硅晶体为例,因晶格在表面处突然终止,在表面的最外层的每个硅原子将有一个未配对的电子,即有一个未饱和的键.这个键称为悬挂键,与之对应的电子能态就是表面态.因每平方厘米表面约有个原子,故相应的悬挂键数也应为约个.表面态的存在是肖克莱等首先从实验上发现的.以后有人在超真空对洁净硅表面进行测量,证实表面态密度与上述理论结果相符。

2) 实际表面：在表面处还存在由于晶体缺陷或吸附原子等原因引起的表面态这种表面态的特点是其数值(表面态密度)与表面经过的处理方法及所处的环境有关。

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