Вплив металу на поверхневі характеристики напівпровідника

L. G. Il'chenko; V. V. Il'chenko; V. V. Lobanov

L. G. Il'chenko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
V. V. Il'chenko Київський національний університет імені Тараса Шевченка
V. V. Lobanov Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

В наближенні діелектричного формалізму при відсутності безпосереднього контакту напівпровідник–метал та зовнішньої напруги для несиметричної за об’ємними та поверхневими характеристиками «напівпровідник–вакуум–метал» (НВМ) системи розраховано потенціал їх взаємодії, який враховує відмінності в об’ємних властивостях кожного з трьох середовищ, зарядовий стан поверхонь напівпровідника і металу та їх мікроскопічну структуру. Неперервність потенціалу сил зображення і, відповідно, сумарного потенціалу та єдиний (вакуумний) рівень відліку енергії в НВМ системі забезпечується коректним урахуванням просторової дисперсії функцій діелектричної проникності напівпровідника та металу.

зі зменшенням товщини вакуумної щілини внесок структурного потенціалу в сумарний потенціал суттєво зростає, оскільки збільшується взаємний вплив мікроскопічної (атомної) структури кожної з двох поверхонь. Показано, що структурний потенціал, який є суперпозицією вкладів мікроскопічної структури кожної з двох поверхонь, несиметричний і обумовлює локальну зміну висоти потенціального бар'єру у вакуумній щілині, а також латеральну (уздовж меж поділу) зміну сумарного потенціалу у всій НВМ системі.

Присутність металу на відстанях менших області поверхневого заряду поверхні напівпровідника змінює величину поверхневого вигину зон напівпровідника, а при подальшому зменшенні вакуумного проміжку до відстаней мікроскопічна структура металевої поверхні може стимулювати латеральний перерозподіл густини заряду (поверхневих станів) не тільки на поверхні напівпровідника, але і в його приповерхневій області.

Посилання

Modinos A. Field, thermionic, and secondary electron emission spectroscopy. – New York: Plenum, 1984. – 375 p.

Scanning tunneling microscopy and spectroscopy: theory, techniques and applications / Ed. Dawn A. Bonnell. – 1993. – 578 p.

Scanning tunneling microscopy I: General principles and applications to clean and adsorbate-covered surfaces / Eds. H.-J.Guntherodt, R.Wiesendanger. – 1992. – 280 p.

Magonov S.N., Whangbo M.-H. Surface analysis with STM and AFM : experimental and theoretical aspects of image analysis. – Weinheim; New York, Basel; Cambridge; Tokio: VCH. – 1996. – 320 p.

Sze S.M. Physics of semiconductor devices. – New York: J.Wiley. –1981. – 803 p.

Пека Г.П., Стріха В.І. Поверхневі та контактні явища в напівпровідниках. – Київ: Либідь. – 1992. – 237 с.

Mоnch W. Semiconductor surfaces and interfaces. – Berlin, Heidelberg: Springer. – 1995. – 540 p.

Находкін М.Г., Шека Д.І. Фізичні основи мікро та наноелектроніки. – Київ: київський ун-т. – 2005. –432 с.

Габович А.М., Ильченко Л.Г., Пашицкий Э.А.. Электростатическое взаимодействие зарядов с поверхностью металлов и полупроводников // Физика твердого тела. – 1979. – Т. 21, № 6. – С. 1683–1689.

Габович А.М., Ильченко Л.Г., Пашицкий Э.А. Электростатическая энергия заряда вблизи поверхности металла и полупроводника // Препринт ИФ-78-14, Киев. – 1978. – 27 с.

Gabovich А.M., Il'chenko L.G., Pashitskii E.A., Romanov Yu.A. Еlectrostatic energy and screened charge interaction near the surface of metals with different Fermi surface shape // Surf. Sci. – 1980. – V. 94. – P. 179–203.

Il’chenko L.G. Role of microscopic structure of the surface in field emission from semiconductors. 12th Intern. Vacuum Microelectronics Conf. Darmstadl, Germany, Technical Digest. – 1999. –P. 84–85.

Il’chenko L.G., Il’chenko V.V., Goraychuk T.V., Rangelow I.W. Microscopic structure of the semiconductor surface in the external electric field // Chemistry, physics and technology of surfaces. – 2001. – N 4–6. – P. 186–195.

Ільченко Л.Г., Ільченко В.В., Лобанов В.В. Розподіл електростатичного потенціалу в системі напівпровідник-вакуум-метал у відсутності зовнішньої напруги // Вісн. Київ. ун-ту. Радіофізика та електроніка. – 2009. – № 3. – C. 237–242.

Ільченко Л.Г., Ільченко В.В., Лобанов В.В. Вплив близько розташованого метала на формування області просторового заряду в напівпровіднику // Вісн. Київ. ун-ту. Радіофізика та електроніка. – 2010. – № 1. – C. 174–179.

Ильченко Л.Г., Пашицкий Э.А., Романов Ю.А. Взаимодействие зарядов в слоистых системах с пространственной дисперсией // Препринт ИФ-80-13, Киев. – 1980. – 42 с.

Ильченко Л.Г., Пашицкий Э.А., Романов Ю.А. Электростатический потенциал зарядов в слоистых системах с пространственной дисперсией // Физика твердого тела. – 1980. – Т. 22, Вып. 9. – С. 2700–2710.

Il'chenko L.G., Pashitskii E.A., Romanov Yu.A. Charge interaction in layered systems with spatial dispersion // Surf. Sci. – 1982. – V. 121. – P. 375–395.

Ільченко Л.Г., Ільченко В.В., Лобанов В.В. Потенціал сил зображення між близько розділеними вакуумним проміжком напівпровідником і металом (розмірно-квантованою плівкою металу) // Вісн. Київ. ун-ту. Радіофізика та електроніка – 2008. – Вип. 11. – С. 29.

Il’chenko L.G. Goraychuk T.V. Role of the image forces potential in the formation of the potential barrier between closely spaced metals. // Surf. Sci. – 2001. – 478. – Р. 169–179.

Ильченко Л.Г., Савон А.А. Электростатический потенциальный рельеф поверхности диэлектриков с дискретным распределением зарядов // Препринт ИТФ-92-27Р, Кев. – 1992. – 31 с.

Ільченко Л.Г., Ільченко В.В., Лобанов В.В. Роль атомної структури поверхонь у формуванні потенціалу у вакуумному проміжку між близько розділеними металом та напівпровідником // Химия, физика и технология поверхности. – 2008. – Вып. 14. – С. 43–51.

Ильченко Л.Г., Лобанов В.В. Теоретический расчёт структурного потенциала в сверхтонкой вакуумной щели между двумя твёрдыми телами. Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур. / Под ред А.П. Шпака, П.П. Горбика. Киев: Наук. думка. – 2007. – Т. 2. – С. 52–81.

Ильченко Л.Г., Лобанов В.В., Чуйко О.О. Роль микроструктуры поверхности в формировании потенциала взаимодействия между близкоразделёнными вакуумным промежутком неидентичными диэлектрическими (полупроводниковыми) наночастицами // Химия, физика и технология поверхности. – 2006. – Вып. 11–12. – С. 4–19.

Ільченко Л.Г., Лобанов В.В., Чуйко О.О. формування потенціального бар’єру між двома близько розділеними металами з субмоношаровим адсорбційним покриттям // Фізика і хімія твердого тіла. – 2005. – Т. 6, № 3. – С. 471–475.

Inkson J.C. The electrostatic image potential in metal semiconductor junctions // J. Phys. C. –1971. – V. 4, N 5. – P. 591–597.

Bennet M., Inkson J.C. Exchange and correlation potential in silicon // J. Phys. C. – 1977. – V. 10, N 5. – P. 987–999.

Сидякин А.В. Вычисление поляризационного вклада в энергию взаимодействия заряда с поверхностью металла – Журн. экспер. и теор. физики. – 1970. – Т. 58, Вып. 2. – С. 573–581.

Ильченко Л.Г., Ильченко В.В., Лобанов В.В. Влияние атомной структуры поверхности металла на потенциальный рельеф близко расположенной поверхности полупроводника // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. – 2011. – Т. 9, Вып. 2. – С. 315–319.

Jensen K.L. Improved Fowler-Nordheim equation for field emission from semiconductors // J.Vac. Sci. Technol. B. – 1995. – V. 13, N 2. – P. 516–521.

Huang Z.-H., Weimer M., Allen R.E. Internal image potential in semiconductors: Effect on scanning tunneling microscopy // Phys. Rev. B. – 1993. – V. 48, N 20. – P. 15068–15076.

Фишер Р., Нойман Х. Автоэлектронная эмиссия полупроводников. – Москва: Наука. – 1971. – 215 с.

Il’chenko L.G., Kryuchenko Yu.V. External field penetration effect on current-field characteristics of metal emitters // J.Vac.Sci.Technol. B. – 1995. – V. 13, N 2. – P. 566–570.

Il’chenko L.G. Electrostatic interaction of charges on a semiconductor surface // Surface Sci. – 1991. – V. 243. – P. 334–336.

Il’chenko L.G., Ogenko V.M. Image forces near the surface of semiconductor with a space charge region // Surf. Sci. Lett. – 1992. – V. 262. – P. L147–L150.