半导体物理学第七章（1）.pdf

窗口效应 在太阳电池中，特别是在由直接禁带材料制作的太阳电池中，入 射光在微米深度的范围内就被吸收。在表面高浓度层中过剩载流 子的寿命往往很短，扩散长度有时只有微米量级。这将要求表面 一层半导体很薄，才能有较高的收集光生少子的效率。这样做不 可避免地会增加薄层中的串联电阻，使电池输出特性变坏。 对于图8.24所示的异质结，hνε 的入射光子可以透过 gn 宽禁带的n型层而主要在禁带较窄的p 型层中被吸收。因 此宽禁带材料对于hνε 的光起一个窗口作用，这个效 gn 应可以利用来提高太阳电池的效率。 第七章 半导体表面层和MIS结构 实际半导体表面通常覆盖有氧化层或其它绝缘层。 绝缘层中的电荷和绝缘层半导体界面的电荷情况对 于半导体表面层的性质可以产生重要影响。 半导体器件的某些性质以及它们的稳定性往往与表 面情况有着密切的联系。 金属—绝缘体—半导体结构(MIS结构)对于研究 绝缘层中的电荷，绝缘体半导体界面的性质以及 受到影响的半导体表面层的性质都是一种很方便 的结构。 MIS结构也是重要的器件MOS(金属-氧化物-半导 体) 晶体管、电荷耦合器件(CCD)的基本组成部分。 这种结构具有实际的重要性。 §7. 1 表面感生电荷层 通过在半导体表面建立的垂直于表面的电场和附着于表 面的电荷可以对半导体表面层产生影响。这种影响表现 为在表面的内侧形成一电荷层，与此同时保持半导体内 部电场为零，从而使外界的影响得到屏蔽。 若外电场为E ，根据高斯定理，半导体表面层内的 i 电荷面密度(单位面积电荷)Q 和E 之间的关系为 s i Q s E i − (7-1-1) ε ε i 0 式中ε为半导体表面以外的介质的介电常数。 i 规定电场强度指向半导体内部时为正 若紧靠表面的半导体内侧的电场强度为E ，则由 s 电位移连续可得 εE ε E (7-1-2) i i s s 由于半导体中体电荷密度较小，表面的感生电荷层 将有一定的厚度。 由半导体表面到半导体内部电 场逐渐减弱，在表面电荷层以外电场下降为零。因 此，外电场是在表面电荷层中逐渐被屏蔽的。 上式中的E 代表表面层中的最大电场。以上情况 s 如图7. 1所示意。电力线最密的地方电场显然最强。 由式(7-1-1)和式(7-1-2)，又可表示为 Q −εε E −εε E (7-1-3) s i 0 i s 0 s 若同时存在外电场E 和表面附着电荷Q , 则半导体 i i 中感生电荷Q 可表示为: s εε (7-1-4) Q