Как мы установили, наличие и заселенность поверхностных состояний приводит к изменению концентрации носителей в приповерхностном слое, его обогащению или обеднению.
Очевидно, что величина потенциала поверхностного заряда φ 0 является основным фактором, влияющим на изменение концентрации приповерхностных носителей Δ ns, Δ ps.
Для плоских зон (φ 0=0) избыточная концентрация приповерхностных носителей равна нулю. В случае обеднения в области пространственного заряда (ОПЗ) концентрация носителей меньше объемной концентрации (-Δ n, -Δ p).
В обогащенной ОПЗ создаются избыточные концентрации носителей Δ n, Δ p.
В связи с этим в ОПЗ изменяется электропроводность, возникает так называемая поверхностная проводимостьσs
, (8.15)
где σ 0 – электропроводность в объеме полупроводника.
Очевидно, что
, (8.16)
где μns, μps – подвижность носителей в ОПЗ.
Зачастую на поверхности локализуются заряды одного знака и тогда либо первое, либо второе слагаемое в (8.16) пренебрежимо мало. Поверхностная проводимость так же, как и концентрация носителей в ОПЗ, зависит от изгиба зон и уменьшается с глубиной. Изменение проводимости образца в целом определяется интегралом
, (8.17)
где х – глубина слоя.
На рис. 8.3 показана зависимость поверхностной проводимости полупроводника от параметра .
Рис. 8.3. Избыточная поверхностная проводимость полупроводника: 1– n-тип;
2 – i-тип; 3 – p-тип
Графики Gs =f(Ys) имеют экстремум и проходят через начало координат (случай плоских зон). Напомним, что при Ys >0 зоны искривлены вверх, а при Ys <0 они искривлены вниз. В электронном полупроводнике (график 1) при Ys >0 ОПЗ обогащена основными носителями заряда и при уменьшении Ys до нуля величина Δ Gs >0. При уменьшении Ys до нуля величина Δ Gs также уменьшается до нуля (φ 0=0). При появлении и увеличении | Ys | наблюдается появление роста Δ Gs <0. В этом случае поверхностная проводимость вследствие обеднения ОПЗ падает до минимального значения, а уровень Ферми примерно совпадает с серединой запрещенной зоны. Это состояние ОПЗ – начало формирования инверсного слоя. При увеличении |- Ys | в ОПЗ возникает дырочная поверхностная проводимость, поскольку nps > nns.
Условие существования минимума функции Δ Gs =f(Ys) может быть записано в виде
, (8.18)
где ,
.
Из последнего выражения следует, что с увеличением степени легирования электронного полупроводника величина Ys min сдвигается влево и вниз. Исходным положением кривой, очевидно, можно считать график (2) для собственного полупроводника.
Этот же график (2) можно считать исходным для дырочногополупроводника,где . При увеличении степени легирования Ys min сдвигается вправо и вниз (кривая 3). Проделанные ранее выкладки справедливы и для дырочного полупроводника.