В книге рассматривается влияние поверхности и приповерхностных областей пространственного заряда на неравновесные процессы в полупроводниках и структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Проанализированы основные закономерности протекания фотоэлектрических, фотолюминесцентных и электрооптических явлений в приповерхностных слоях полупроводников, а также рассмотрены методы определения поверхностных характеристик и их влияние на работу классических полупроводниковых приборов с p-n-переходами. Изложены физические основы действия таких полупроводниковых приборов, как МДП-варикапы и фотоварикапы, МДП-транзисторы и приборы с зарядовой связью. Описано влияние поверхности на их работу.

Книга предназначена для научных работников и инженеров, специализирующихся в области физики полупроводников, конструирования и исследования полупроводниковых приборов. Она может быть полезной также студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

88 рис., 5 табл., библ. 283 назв.

Интегральная электроника и интегральная оптика — важнейшие направления современной микроэлектроники. Прогресс в указанных областях непосредственно связан с изучением специфики явлений, протекающих на поверхности полупроводника, на границах раздела полупроводник-диэлектрик, полупроводник-металл и т. п.

Имеются четыре основные причины, из-за которых наличие границы раздела приводит к видоизменению физических явлений в твёрдых телах и к возможности их практического использования. Во-первых, в тонком приповерхностном слое полупроводника могут быть локализованы поверхностные электронные состояния и поверхностные квазичастицы, свойства которых существенно отличаются от объёмных. Во-вторых, сами объёмные характеристики вещества изменяются по мере того, как размер кристалла в одном из направлений становится сравнимым с какой-нибудь из характеристических длин (длиной свободного пробега, длиной экранирования, длиной волны электрона и т. д.). В-третьих, на границе раздела двух фаз имеет место их специфическое взаимодействие и влияние одной фазы на другую (например, туннелирование электронов из полупроводника в окисел, гибридизация — обмен электронами между металлом и полупроводником и т. д.). В-четвёртых, приповерхностные области полупроводника являются, как правило, областями сильных электрических полей, величиной которых можно управлять при создании ряда функциональных микроэлектронных устройств.

Ряд проблем физики поверхности полупроводников, этой сравнительно молодой отрасли науки о полупроводниках, уже освещён в монографиях отечественных и зарубежных авторов. В них излагаются основные идеи физики поверхности, классические экспериментальные методы исследования электронных процессов на поверхности полупроводников (эффект поля и т. п.), описывается природа электронных состояний на поверхностях различного типа (атомарно-чистая, реальная, окисленная), обсуждаются проблемы катализа и адсорбции и т. д.

Это обстоятельство позволило в настоящей монографии сконцентрировать внимание на неравновесных приповерхностных процессах, на использовании которых в значительной степени основывается современная интегральная электроника.

Задачей изложения физических основ интегральной электроники обусловлен и характер построения книги. Вначале рассматриваются те явления, которые наиболее ярко раскрывают специфику неравновесных поверхностных процессов и позволяют определить фундаментальные характеристики поверхностных состояний и поверхностных квазичастиц. К таким явлениям авторы относят, прежде всего, фотоэлектрические и оптические процессы, протекающие на поверхности и в области приповерхностного пространственного заряда. В связи с этим в разд. I и II изложена феноменологическая теория неравновесных приповерхностных процессов и приведены результаты экспериментальных исследований фотомагнитного эффекта, конденсаторной фото-э.д.с., фотопроводимости, фотолюминесценции и электроотражения, полученные с использованием этой теории. Освещено также влияние поверхности на классические полупроводниковые приборы с p-n-переходом. Наконец, в разд. III описываются полупроводниковые устройства, основанные на непосредственном использовании неравновесных приповерхностных процессов в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Рассмотрены приборы, наиболее широко применяющиеся в современной интегральной электронике: МДП-варикапы и фотоварикапы, МДП-транзисторы и фототранзисторы, приборы с зарядовой связью. В заключение кратко описаны поверхностные явления, перспективные для их прикладного использования в ближайшем будущем.

Авторы благодарны В. Г. Литовченко, О. В. Снитко и В. А. Тягаю за обсуждение ряда вопросов, изложенных в монографии, Г. Е. Пикусу и В. В. Поспелову за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Химическая физика поверхности твёрдого тела, Моррисон С., 1980
2. Методы анализа поверхностей, Зандерна А. В., ред., 1979
3. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп, Маделунг О., 1967
4. Физико-химия поверхности полупроводников, Волькенштейн Ф. Ф., 1973
5. Поверхностные свойства германия и кремния, Боонстра А., 1970
6. Введение в физику поверхности, Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А., Зотов А. В., Катаяма М., 2006
7. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции, Волькенштейн Ф. Ф., 1987
8. Математика диффузии в полупроводниках, Малкович Р. Ш., 1999
9. Электронные явления в гетерогенном катализе, Рогинский С. 3., 1975
10. Молекулярная теория адсорбции в пористых телах, Товбин Ю. К., 2013
11. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники. — 2-е изд., доп., Мартинес-Дуарт Д. М., Мартин-Палма Р. Д., Агулло-Руеда Ф., 2009
12. Электронные процессы в некристаллических веществах, Мотт Н., Дэвис Э., 1974
13. Плазменная технология в производстве СБИС, Айнспрук Н., Браун Д., ред., 1987
14. Арсенид галлия. Получение, свойства и применение, Кесаманлы Ф. П., Наследов Д. Н., ред., 1973
15. Самоорганизация в полупроводниках. Неравновесные фазовые переходы в полупроводниках, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами, Шёлль Э., 1991
16. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках, Пожела Ю. К., 1977
17. Дефекты и колебательный спектр кристаллов: Теоретические и экспериментальные аспекты влияния точечных дефектов и неупорядоченностей на колебания кристаллов, Марадудин А., 1968
18. Излучательная рекомбинация в полупроводниках: Сборник статей, Покровский Я. Е., ред., 1972
19. Оптические процессы в полупроводниках, Панков Ж., 1973
20. Оптические свойства полупроводников в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, Тауц Я., 1967
21. Субмиллиметровая спектроскопия коллективных и связанных состояний носителей тока в полупроводниках, Мурзин В. Н., 1985
22. Электрооптические кристаллы, Сонин А. С., Василевская А. С., 1971
23. Электрические эффекты в радиоспектроскопии: Электронный парамагнитный, двойной электронно-ядерный и параэлектрический резонансы, Глинчук М. Д., Грачёв В. Г., Дейген М. Ф., Ройцин А. Б., Суслин Л. А., 1981
24. Статистическое взаимодействие электронов и дефектов в полупроводниках, Винецкий В. Л., Холодарь Г. А., 1969
25. Электроны и фононы в ограниченных полупроводниках, Басс Ф. Г., Бочков В. С, Гуревич Ю. Г., 1984
26. Квантовая теория явлений электронного переноса в кристаллических полупроводниках, Зырянов П. С., Клингер М. И., 1976
27. Модифицирование полупроводников пучками протонов, Козловский В. В., 2003
28. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешётками, Басс Ф. Г., Булгаков А. А., Тетервов А. П., 1989
29. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников, Мазнин А. Н., Нетушил А. В., Парини Е. П., 1950
30. Новые методы полупроводниковой СВЧ-электроники. Эффект Ганна и его применение, 1968
31. Флуктуационные явления в полупроводниках, Ван-дер-Зил А., 1961