Расчет электрофизических характеристик многослойных наноразмерных пленок и покрытий

Как уже было отмечено, электрические свойства плёнок могут значительно отличаться от свойств массивного материала, из которого плёнки изготовлены. Во многих случаях это связано с влиянием 3-х основных факторов:

появлением дополнительных поверхностных уровней,

влиянием сильного электрического ПОЛЯ,

- переносом зарядов.

Поверхностные уровни (поверхностные состояния) в плёнках принято делить на 3 основных типа:

- уровни Тамма,

- уровни Шокли,

- уровни, обусловленные наличием адсорбированных атомов и различных поверхностных дефектов пленки.

Поверхность плёнки - это обрыв периодической структуры кристаллической решётки. Исследования И.Е Тамма показали, что обрыв решетки приводит к тому, что в ограниченном кристалле появляются разрешённые дискретные уровни в тех областях энергии, которые запрещены для неограниченного кристалла. Электроны, занимающие такие уровни, не могут проникать вглубь кристалла и локализуются у его поверхности. Эти уровни, названные уровнями Тамма, не являются дополнительными, а отщепляются от одной из зон. Поверхностная плотность таких уровней составляет IO¹⁸- IO¹⁹м’². Взаимодействие между ними может приводить к образованию поверхностной ЗОНЫ, В которой электроны могут двигаться только вдоль поверхности. Уровни Тамма могут быть донорными, акцепторными и служить центрами рекомбинации.

Рассмотренная картина образования уровней наблюдается во всех случаях нарушения периодичности, независимо от того, чем оно вызвано: примесными атомами, дислокациями, наличием границ зёрен или их свободными поверхностями.

Дополнительные уровни образуются и при сорбции на поверхности частиц инородного вещества. Если частица приводит к появлению акцепторного уровня, то при её удалении уровень «уходит» в зону проводимости. Донорный уровень уходит в валентную зону.

Наличие на поверхности кристалла поверхностных уровней (зон) приводит к появлению электронных переходов из валентной зоны на акцепторные уровни ИЛИ C

донорных уровней - в зону проводимости.

Проникновение их вглубь кристалла и даже миграция практически исключены.

При электростатическом взаимодействии локализованных на поверхности зарядов с носителями в объёме в приповерхностном слое конечной толщины возникает объёмный заряд противоположной полярности. Этот заряд компенсирует заряд поверхностных состояний. У поверхности образуется двойной заряженный слой. В металлах этот слой очень тонок и не оказывает влияния на его электронные свойства.

В полупроводниках и диэлектриках из-за относительно малой концентрации свободных носителей для компенсации заряда необходима большая толщина слоя объёмного заряда. Так, при концентрации свободных носителей IO¹⁵см'² и поверхностных уровней (10¹¹ - IO¹²) см'² нейтрализация поверхностного заряда (обогащение или обеднение носителями) произойдёт на расстоянии (10^⁴- IO'³) см, т.е. (1 - 10) мкм от поверхности. В таком слое с изменёнными свойствами практически невозможно сформировать элементы с определёнными характеристиками.

2.2.1.