Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
п.4.4.5) при ге- Рис.6.17. Разорванные связи на границе
кремнии-оксид. Черные точки - атомы лиевых температурах позволили Si,
кружки - кислорода [31] установить распределение по углам гибридной
волновой функции неспаренных электронов и точные значения их g-факторов.
Оказалось, что все эти характеристики весьма чувствительны к окружению
центров, поэтому становится понятным сильное влияние режимов окисления и
последующих обработок поверхности на сигналы ЭПР от р*-центров.
Существенный прогресс в раскрытии природы БС был достигнут в середине 80-
х годов при совместных исследованиях плотности БС и сигналов ЭПР от р*-
центров. Оказалось, что кривая уменьшения плотности БС в области
размытого пика при Ej + 0,3 эВ практически совпадает с кривой отжига
сигнала от рь-центров - рис.6.18.
Следующая серия экспериментов проводилась с МДП структурами. На
металлический электрод подавалось смещение Vg , изменяющее положение
уровня Ферми и тем самым перезаряжающее р*-центры. Как уже отмечалось
(рис.5.3), при перезарядке парамагнитный центр в состоянии А может
захватить электрон и перейти в непарамагнитное заряженное двухэлектронное
состояние Б или потерять электрон и перейти в состояние В. Изменение
концен-
Рис.6.18. Сравнение данных по изохронному отжигу сигнала ЭПР от /Vцентров
и плотности быстрых состояний Nfs (в области ?, + 0,3 эВ на рис.6.16,б)
[31]
202
Глава 6
трации парамагнитных р*-центров (А на рис.5.3), в результате их
перезарядки при изменении положения уровня Ферми, представлены на
рис.6.19,о. Указанное на рис. изменение концентрации р*-центров при их
переходе от состояния В к А соответствует заполнению состояний,
определяемых пиком Ev + 0,26 эВ (на рис.6.16,в), а переходы от
однозарядного состояния А к духзарядному Б - заполнению состояний
вблизи пика Ес ~ 0,3 эВ на том же рисунке. Плотность БС в пиках Nfs= (0,6
± 0,2)-1013 эВ'1 • см"2, а концентрация спиновых центров Npb = 1,5 ¦ 1013
см'2.
Сходный результат был получен при изучении структур Si-S1O2, подвергнутых
воздействию у-излучения - рис.6.19,6. Изменение потенциала поверхности
достигалось адсорбцией ионов из коронного разряда. Как видно из рис.
6.19,в, в результате перезарядки р*-центров (/-образная кривая Npt(E)
представляет собой перевернутую кривую Nj^E), измеренную методом РСГУ
(см. п.3.5.4) *).
Таким образом, проведенные эксперименты однозначно показали, что по
крайней мере часть БС связана с парамагнитными р*-центрами - оборванными
связями на границе Si-Si02- Энергия корреляции для этих центров
сушественно зависит от условий синтеза структуры, в некоторых ситуациях
она приближается к случаю атомарно-чистых поверхностей (= 0,6 эВ).
Согласно рис.6.17, на межфазной границе присутствуют и
Рй-центры типа (OSi-Si*), обладающие другими константами ян-теллеровской
?,эв
Е.зВ
Рис.6.19. Зависимости плотности Дй-центров в кремниевой МДП структуре от
напряжения на затворе (о); от положения их уровней в запрещенной зоне
кремния (б); энергетический спектр быстрых состояний этих структур,
подвергнутых воздействию у-излучения (в). Внизу - схема изменения заряда
спиновых центров [32]
*) Заметим, что установленные на рис. 6.18 и 6.19 корреляции между Nfs и
концентрациями /^-центров касаются только части БС, обладающих
парамагнетизмом и перезаряжающихся при движении уровня Ферми. Пока мы не
имеем информации о природе и параметрах остальной части непарамагнитных
БС, ответственных за захват носителей в рассматриваемом диапазоне времен.
Природа реальных поверхностей и межфазных границ
203
перестройки и электрон - электронных взаимодействии, определяющих
положение соответствующих уровней в энергетическом спектре ПЭС. Последнее
является одной из причин размытия энергетического спектра БС.
Для межфазной границы характерна высокая концентрация случайных полей,
приводящих к уширению пиков плотности однократно и двукратно заполненных
БС. На зарядовую гетерогенность межфазной границы указывают и оптические
измерения дисперсии отраженного света. Потенциально возможными
источниками случайных полей на межфазной границе могут являться:
1. Мелкомасштабные флуктуации эффективных зарядов кремния q3(p в сильно
деформированных кремний-кислородных тетраэдрах - SiOvHy (п.6.1.3).
2. Заряженные медленные состояния АПЭС границы раздела. Однако заряжение
этой группы состояний существенно не сказывалось на спектре БС. Не
исключено, что это связано с дипольной природой этих состояний.
3. Заряженные ловушки диэлектрика ЛД±. Эксперименты с Ge и Si показали,
что оптическое заряжение ЛД, независимо от знака заряда, всегда приводит
к росту плотности БС - рис.6.20.
Аналогичный рост плотности БС наблюдается и при накоплении на межфазной
границе протонов. Эффект искажения энергетического спектра БС при
заряжении ЛД характерен как для реальных, так и для окисленных
поверхностей.
4. Ионы вблизи границы раздела. Интересно, что максимальное влияние
внешнего поля на энергетический спектр БС наблюдалось при наибольшей
