半导体表面能级特性探析

前面所述的能带结构是在无限扩展的三维晶体产生的周期场的前提下得到的。在材料的表面，势场不再与晶体内部的周期性势场相同，所以材料表面的电子能级分布就会发生变化。图5-10表示晶体表面的能带结构。此时，位于晶体表面的电子能够占据禁带内的能级。如果这些能级上有电子占据，也会对晶体内部的能带产生影响，从而使能带发生弯曲。

图5-10 晶体表面的能带结构

图5-11表示n型半导体的表面能级模型。判断一个系统是否处于平衡状态的根据是看其费米能级是否相等。两个分立的材料，费米面可以不一样。但如果这两个材料连成一个系统，就会在这两个材料之间发生电荷的移动，最终使费米能级相等。如果像图5-11a中那样，位于表面的电子只填充到0的位置，那么表面的费米能级和内部的费米能级不相等，所以不是平衡状态。为了达到平衡状态，位于表面附近的电子就会移到表面去，占据表面电子能级，最后表面的费米能级与内部的费米能级相等。因为能带是连续性的，而且禁带宽度有不可改变性，所以形成了如图5-11b所示的表面能带结构。由于电子从内部向表面迁移，在表面会出现负电荷，而接近表面的内部会因缺少电子而出现带正电荷的空穴。这些空穴的存在，使n型半导体的表面附近出现了一个p型的反转层。同样，在p型半导体的表面附近出现的是n型反转层。在p型半导体中，激发电子向半导体表面移动，而空穴向半导体内部移动。(www.xing528.com)

图5-11 n型半导体的表面能级