Фотоэлектрические явления в МДП-структурах.
На рис.21 изображена энергетическая диаграмма структуры металл-диэлектрик-полупроводник. Если к металлическому слою приложить постоянное положительное смещение, электроны будут аккумулироваться у поверхности раздела полупроводника с диэлектриком. Из-за увеличения их концентрации у поверхности полупроводника возрастёт поверхностная проводимость. Это состояние называется «состоянием обогащения». Если к металлу теперь приложить небольшое отрицательное напряжение , в полупроводнике начнёт индуцироваться положительный заряд. Это — индуцированныей неподвижный заряд доноров, возникающий из-за отталкивания от поверхности раздела отрицательным напряжением на металлическом слое. Под поверхностью образуется слой свободный от подвижных электронов. Это — обеднённое состояние. При увеличении отрицательного напряжения уровень Ферми может оказаться ниже середины запрещённой зоны Wi. Это значит, что вблизи поверхности дырок будет больше, чем электронов, т.е. знак проводимости приповерхностной области изменяется на противоположный и образуется слой p-типа. Это называется инверсией приповерхностной проводимости.
Рис.21. Энергетическая диаграмма МДП-структуры.
На поверхности полупроводника имеются поверхностные частично заполненные ПЭС — уровни, расположенные в запрещённой зоне. Они возникают, во-первых. из-за нарушения (разрыва) периодичности кристаллической решётки (уровни Тамма) и, во-вторых, из-за адсорбции различных примесей из окружающей среды в момент изготовления. Акцепторные уровни Wt на поверхности также расположены ниже уровня Ферми. Приповерхностный слой обеднён электронами и в нём образуется положительный заряд. Возникшее электрическое поле создаёт изгиб зон у поверхности величиной qWs, где Ws образует поверхностный потенциал. Т.о. здесь изгиб зон есть и в отсутствие внешнего напряжения. Носители на поверхностных уровнях не учавствуют в проводимости. К её изменению приводит лишь изменение заряда в приповерхностной области полупроводника. Чем меньше концентрация поверхностных состояний, тем больше изменяется заряд в этой области и, соответственно, поверхностная проводимость при изменении внешнего напряжения. Наоборот, при большой концентрации поверхностных состояний изменение внешнего напряжения приводит лишь к изменению заряда на поверхностных состояниях.
Т.о. в зависимости от знака и величины внешнего напряжения поверхностная проводимость может уменьшаться, увеличиваться, а также менять знак носителей. Изменение поверхностной проводимости полупроводника является составной частью МДП-структуры при изменении напряжения на ней, что называется «эффектом поля». Это используемо во многих фотоприёмниках, содержащих такие структуры.
Поверхностная ЭДС. Поверхностный потенциал Ws изменяется при появлении избыточных зарядов в полупроводнике. Если избыточные носители появляются за счёт фотоактивного поглощения света, то возникающая ЭДС называется поверхностной фото-ЭДС . Есть две возможные причины изменения Ws при освещении структуры. Во-первых, это обусловлено появлением избыточных зарядов в приповерхностном слое, т.е. пространственного заряда. Равновесная формула (??) Ферми заменяется при этом её квазиравновесным значением, зависящим от уровня инфекции. Во-вторых, присутствие избыточных носителей может привести к изменению значения поверхностного заряда qПЭС за счёт захвата части неравновесных носителей на ПЭС.
Для первого случая экранировка объёма полупроводника от проникновения в него электрического поля поверхностного заряда осуществляется перераспределением подвижных носителей в приповерхностном слое. Поэтому экранировка осуществляется при меньшем значении Ws, когда за счёт фотовозбуждений возрастает концентрация носителй. ,то и приводит к фото-ЭДС, знак которой совпадает со знаком изгиба зон Ws.
Компонента поверхностной фото-ЭДС, связанная с изменением поверхностного заряда, может иметь знак равновесному обратный изгибу зон Ws и появляться даже тогда, когда последний вообще равен нулю, поскольку её появление вызвано захватом на поверхности, а не влиянием избыточных носителей на структуру области пространственного заряда (ОПЗ).