固体电子学 第六章 固体表面及界面接触现象
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高二物理竞赛课件：固体表面及界面接触现象之表面态
子的各一个价电子组成共价键。
晶体表面，晶格突然断裂，最外层的Si原子
出现未配对电子，即存在一个未饱和的键，称为
悬挂键。பைடு நூலகம்
悬挂键上的电子对应的能量状态称为表面态。
从能量高低的角度考虑，表面态的能量高于价带中的电子能量（体内配
对价键上的电子能量）低于导带中的电子能量（晶格空间的准自由电子的能
量状态），因此它的能量值必定在禁带范围内。
微分电容
其中：
() = [+ − − + () − ()൧
讨论非简并情况，满足玻尔兹曼分布，则
B
B
其中np0和pp0分别表示半导体内部热平衡电子浓度和热平衡空穴浓度。
外电场垂直作用于热
平衡P型半导体表面
层所满足的泊松方程。
B
B
电荷密度 QS 0 E0 。
• 金属和半导体的表面存在一定的电荷分布。
空间电荷区
• 空间电荷区的存在可以屏蔽外电场，使其不能深入半导体内部（空间电荷区存在
内建电场）。
由于表面层内存在电场，必然存在势能。附加了电势能后，
半导体表面层内的能带必然发生变化。下面以P型半导体为
例分析。
电子电势：
电势：
外加电场：
E ( x)
电场方向由半导体表
面指向半导体内部。
dV ( x)
dx
qV ( x)
半导体表面与体内之间的电
势差称为半导体的表面势。
空穴电势的变化
情况与电子相反。
空间电荷区出现附加的静电势能，使电子在半导体内部
和表面层的势能不相同，则相应的能带发生变化。
这种半导体表面空间电荷区
表面能带
悬挂键的密度很高
晶体表面，晶格突然断裂，最外层的Si原子
出现未配对电子，即存在一个未饱和的键，称为
悬挂键。பைடு நூலகம்
悬挂键上的电子对应的能量状态称为表面态。
从能量高低的角度考虑，表面态的能量高于价带中的电子能量（体内配
对价键上的电子能量）低于导带中的电子能量（晶格空间的准自由电子的能
量状态），因此它的能量值必定在禁带范围内。
微分电容
其中：
() = [+ − − + () − ()൧
讨论非简并情况，满足玻尔兹曼分布，则
B
B
其中np0和pp0分别表示半导体内部热平衡电子浓度和热平衡空穴浓度。
外电场垂直作用于热
平衡P型半导体表面
层所满足的泊松方程。
B
B
电荷密度 QS 0 E0 。
• 金属和半导体的表面存在一定的电荷分布。
空间电荷区
• 空间电荷区的存在可以屏蔽外电场，使其不能深入半导体内部（空间电荷区存在
内建电场）。
由于表面层内存在电场，必然存在势能。附加了电势能后，
半导体表面层内的能带必然发生变化。下面以P型半导体为
例分析。
电子电势：
电势：
外加电场：
E ( x)
电场方向由半导体表
面指向半导体内部。
dV ( x)
dx
qV ( x)
半导体表面与体内之间的电
势差称为半导体的表面势。
空穴电势的变化
情况与电子相反。
空间电荷区出现附加的静电势能，使电子在半导体内部
和表面层的势能不相同，则相应的能带发生变化。
这种半导体表面空间电荷区
表面能带
悬挂键的密度很高
《无机非金属材料科学基础》第6章 固体的表面与界面行为
平衡时，此膨胀功必然等于新增加的表面能8πrγdr, 即
由此我们可以得到一个重要的结论:肥皂池的半径越 小，泡膜两侧的压差越大。
上式是针对球形表面而言的压差计算式，对于 一般的曲面，即当表面并非球形时，压差的计算式 有所不同。一般地讲，描述一个曲面需要两个曲率 半径之值;对于球形，这两个曲率半径恰好相等。一 般曲面两个曲率的半径分别为R1和R2。我们可以得 到一般曲面的压差计算式:
1. 共价键晶体表面能
2. 离子晶体表面能
每一个晶体的自由焓都是由两部分组成，体积 自由焓和一个附加的过剩界面自由焓。为了计算 固体的表面自由焓，我们取真空中0K下一个晶体 的表面模型，并计算晶体中一个原子(离子)移到晶 体表面时自由焓的变化。在0K时，这个变化等于 一个原子在这两种状态下的内能之差。
目录
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
表面与界面物理化学基本知识 固体的表面(固-气) 固-液界面 浆体胶体化学原理 固-固界面
6.1 表面与界面物理化学基本知识
固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。相界面有
界面间的吻合和结合强度。
表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生。微 裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度 这种影响尤为重要。
脆性材料的理论强度约为实际强度的几百倍，正是 因为存在于固体表面的微裂纹起着应力倍增器的作用， 使位于裂缝尖端的实际应力远远大于所施加的应力。
葛里菲斯（Griffith）建立了著名的玻璃断裂理论， 并导出了材料实际断裂强度与微裂纹长度的关系
R 2E C
由此我们可以得到一个重要的结论:肥皂池的半径越 小，泡膜两侧的压差越大。
上式是针对球形表面而言的压差计算式，对于 一般的曲面，即当表面并非球形时，压差的计算式 有所不同。一般地讲，描述一个曲面需要两个曲率 半径之值;对于球形，这两个曲率半径恰好相等。一 般曲面两个曲率的半径分别为R1和R2。我们可以得 到一般曲面的压差计算式:
1. 共价键晶体表面能
2. 离子晶体表面能
每一个晶体的自由焓都是由两部分组成，体积 自由焓和一个附加的过剩界面自由焓。为了计算 固体的表面自由焓，我们取真空中0K下一个晶体 的表面模型，并计算晶体中一个原子(离子)移到晶 体表面时自由焓的变化。在0K时，这个变化等于 一个原子在这两种状态下的内能之差。
目录
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
表面与界面物理化学基本知识 固体的表面(固-气) 固-液界面 浆体胶体化学原理 固-固界面
6.1 表面与界面物理化学基本知识
固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。相界面有
界面间的吻合和结合强度。
表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生。微 裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度 这种影响尤为重要。
脆性材料的理论强度约为实际强度的几百倍，正是 因为存在于固体表面的微裂纹起着应力倍增器的作用， 使位于裂缝尖端的实际应力远远大于所施加的应力。
葛里菲斯（Griffith）建立了著名的玻璃断裂理论， 并导出了材料实际断裂强度与微裂纹长度的关系
R 2E C
第六章.固体表面--气固界面现象
前面已讨论了固－液界面现象，这里将对气－ 前面已讨论了固－液界面现象，这里将对气－固界面即 固体表面进行讨论。 固体表面进行讨论。 1. 固体表面的不均匀性 表面形状：固体按其大小和形状可分为： 表面形状：固体按其大小和形状可分为：普通大小的固 体，纤维状固体，粉末状固体及粒径在10－6m以下的所 纤维状固体，粉末状固体及粒径在10－6m以下的所 10 谓胶体粒子。普通固体表面：固体表面跟液体表面不同， 谓胶体粒子。普通固体表面：固体表面跟液体表面不同， 肉眼看是平滑的，放大1000倍以上则为不平滑的了。 肉眼看是平滑的，放大1000倍以上则为不平滑的了。 1000倍以上则为不平滑的了
Γ=
τ1 + τ 2
2
② 晶体的自然外形及表面自由焓 一般固体的外形主要取决于加工， 一般固体的外形主要取决于加工，自然晶形则与晶体 的表面自由焓直接相关。 的表面自由焓直接相关。可以将多晶面固体加工成球 正方形等任何形状， 形、正方形等任何形状，但当我们将这某一特定形状 的多晶面体加热融熔后，冷却或溶解后再浓缩析出时， 的多晶面体加热融熔后，冷却或溶解后再浓缩析出时， 定会自发地呈现原来的多晶面形状。 定会自发地呈现原来的多晶面形状。这是因为固体分 子呈有序排列时，在某种状态下自由焓最低。 子呈有序排列时，在某种状态下自由焓最低。即一定 体积的固体必然要构成总的表面自由焓最低的形状。 体积的固体必然要构成总的表面自由焓最低的形状。
铁：570oC以下 570oC以下 Fe2O3/ Fe3O4/ Fe
金属的氧化程度取决于与其共存的氧的分压。 分 金属的氧化程度取决于与其共存的氧的分压 。 压高， 则易生成深度氧化物， 压高 ， 则易生成深度氧化物 ， 否则即生成不完全 氧化物。 氧化物。 合金的情况更复杂。 Fe和 Cr的合金就因 Cr的含量不 的合金就因Cr 合金的情况更复杂 。 如 Fe 和 Cr 的合金就因 Cr 的含量不 同， 其表面结构也不同： 其表面结构也不同： 5％ Cr Fe2 /Fe3 /FeO/FeO Cr2 /Fe+Cr2 Fe2O3/Fe3O4/FeO/FeO· Cr2O3/Fe+Cr2O3/Fe+Cr 10% 10%Cr Fe2 /Fe3 /FeO· Cr2 /Fe+Cr2 Fe2O3/Fe3O4 /FeO Cr2O3/Fe+Cr2O3/Fe +Cr 23% 23%Cr ： Cr2 Cr2O3/Fe + Cr
06章 表面现象-2011
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面活性物质 加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为 表面活性物质。
这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的
非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水
中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定
向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，
表面活性也愈大。
从分子结构的观点来看，表面活性物质的分子中都同 时含有亲水性的极性基团，以及憎水性的非极性基团。用 符号 来表示表面活性物质的分子模型，其中 表示极性基团， 表示非极性基团。
实验表明，在表面的饱和吸附层中，不论其链的长短， 每个分子的横截面积都为0.205nm2，此数值实际就是碳氢 链的横截面积，说明表面活性分子是定向地排列在表面层 中的。
B
表面热力学的基本公式
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
dU TdS pdV dAs BdnB dH TdS Vdp dAs BdnB
B B B
dA SdT pdV dAs BdnB
B
dG SdT Vdp dAs BdnB
低），所以表面分子受到被拉 入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸
附、毛细现象、过饱和状态等。
界面现象的本质
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具
l 是滑动边的长度，因膜有两个
W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W2
第6章 固体表面化学
但在固体中，由于各方向上具有特殊的晶面，而各晶面上原子
的排列又各不相同，因此固体表面张力与方向(即晶面)有关。 也正因如此，固体不同晶面上的化学反应性能、催化活性等是
不同的。
通常具有最密堆积的晶面，其表面张力值最小；而当晶面上存 在空位缺陷或原子偏离平衡位置时，值则较大。
显然，固体的粒度减小，则表面积增大，表面能和活性随之增
实验结果表明，对于金属而言，当实验测定它们的表面张力有困 难时，可以利用上式估算其表面张力。
30
第三节 固体表面上的扩散
1. 宏观动力学特性 固体表面上的扩散与体相中的扩散一样遵循费克扩散定律， 不同之处在于，体相中的扩散是在三维空间进行的，而表面扩散 在二维空间进行。因此，扩散系数公式略有不同： 体相扩散： 表面扩散：
面，液-固界面，固-固界面。
2
常见的界面
气-液界面(液体表面)
3
气-固界面(固体表面)
4
液-液界面
5
液-固界面
6
固-固界面
7
第一节 固体表面的结构特点
1. 固体表面的基本特点
2. 固体表面结构的基本类型
3. 晶体表面结构
4. 粉体表面结构
5. 玻璃表面结构
6. 固体表面的几何结构
8
1. 固体表面的基本特点
吸附是一个有序度提高，即熵减小的过程，因此如果吸
附过程能够进行，则必然是放热的。也就是说，能量下降是 吸附进行的唯一推动力。
36
3. 物理吸附与化学吸附
根据吸附质与吸附剂之间的相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附和化学吸附。
2 E C 式中， R为断裂强度，C为微裂纹长度， E为弹性模量，α是表面自 R
由能。
第六章固体表面与界面行为.pdf
τ = k ⋅ Δα ⋅ ΔT ⋅ d / L
式中：τ—晶界应力, △α—热膨胀系数之差, △Ｔ—温差, d—晶粒直径或薄片厚度, Ｌ—层状物长度 晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及厚度成 正比。晶粒愈粗大，材料强度愈差，反之，材料的 强度与抗冲击性越好。
（2）弛豫表面
由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原 子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。 注：有时为研究方便，也可将清洁表面理想为一个理想表 面。
（3）重构表面 重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同 于体内，但垂直方向的层间距则与体内相同。 3、吸附表面 吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来 自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在 表面上的质点所构成的表面。 根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种 吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附 等。
三、固体表面能
表面能：每增加单位表面积，体系自由能的增加量。 表面张力：扩张表面单位长度所需要的力。 液体的表面能和表面张力在数值上是相等的。
N ⋅m N J /m = = 2 m m
2
而固体的表面能和表面张力在数值上往往是不相等 的。 1、共价晶体表面能 表面能大小等于破坏单位面积上全部键所需能量 的一半： U s = 1 / 2U b
（二）固体表面的几个重要特征 1、表面偏析
不论表面进行多么严格的清洁处理，总有一些杂质由体 内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同，称为 表面偏析。
2、表面力场
固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质 点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面 力。 晶体中每个质点周围都存在着一个力场，由于晶体内部 质点排列是有序和周期重复的，故每个力场是对称的，但在 固体表面质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的 质点力场对称性破坏，表现出剩余的健力，这就是固体表面 力。
固体表面PPT课件
从图1.12所示的“光滑”半 球体 赫兹接触下真实情况的照 片， 证实了赫兹压力中心处 的接触斑点比较密集，而在赫 兹压力边远处接触分布比较稀 疏。说明固体表面接触只在传 力的微凸体顶端发生塑性变形， 离开这小小的塑性变形区变形 在弹性范围中。
N 塑性流动压力分布
赫兹分布
图1.12 赫兹接触和实际接触
• 通常，这个表面层的状态是复杂的。宏观上具有一定的几 何形状，微观上存在各种
• 典型的固体表面： 1.理想表面 2.清洁表面 3.机械加 工过的表面 4.一般表面
固体表面的几何性质
一、表面粗糙度 表面的凹凸不平程度与表面积之比称为表面粗糙度，是表面的亚微观 状况。它直接影响摩擦系数和磨损。 描述表面粗糙度，不是用其最大的波峰波谷之差。国标规定了两种表 面粗糙度的表示方法：中线平均值（CLA）和平均平方根值 （RMS）。
• 接触表面的面积可分为：
• a.名义接触面积：即表面宏观 面积——An
• b.真实接触面积：在表观接触 面积中，实际传递力的微小面 积的总和称真实接触面积Ar。
n
Ar Ari i 1
N
Ari
图1.11 表面的真实接触状况
一般材料在塑性变形范围内的真实接 触面积与载荷成正比，与表面的大小 和形状无关。假设接触材料的压缩屈 服极限（塑性流动极限）为σb，在法 向载荷N作用下相互压紧时，真实接 触面积可表示为：N塑性流动压力分 布赫兹分布图1.12 赫兹接触和实际 接触 Ar=N/σb
正态分布曲线
高度Zi 图1.5 微凸体的高度分布曲线
固体表面的原子排列和结构缺陷
• 经过不同加工过程形成的表面，因 机械作用，往往导致材料的晶格扭 歪、晶界开裂；由于温升导致金属 发生相变而再结晶，使晶粒长大； 或因为表层材料变形导致表层密度 和体积发生变化，从而在表层的塑 性变形层中产生残余应力，甚至产 生微裂纹。金属表层内种种微观性 状的改变，均对其摩擦磨损有密切 的关系。
N 塑性流动压力分布
赫兹分布
图1.12 赫兹接触和实际接触
• 通常，这个表面层的状态是复杂的。宏观上具有一定的几 何形状，微观上存在各种
• 典型的固体表面： 1.理想表面 2.清洁表面 3.机械加 工过的表面 4.一般表面
固体表面的几何性质
一、表面粗糙度 表面的凹凸不平程度与表面积之比称为表面粗糙度，是表面的亚微观 状况。它直接影响摩擦系数和磨损。 描述表面粗糙度，不是用其最大的波峰波谷之差。国标规定了两种表 面粗糙度的表示方法：中线平均值（CLA）和平均平方根值 （RMS）。
• 接触表面的面积可分为：
• a.名义接触面积：即表面宏观 面积——An
• b.真实接触面积：在表观接触 面积中，实际传递力的微小面 积的总和称真实接触面积Ar。
n
Ar Ari i 1
N
Ari
图1.11 表面的真实接触状况
一般材料在塑性变形范围内的真实接 触面积与载荷成正比，与表面的大小 和形状无关。假设接触材料的压缩屈 服极限（塑性流动极限）为σb，在法 向载荷N作用下相互压紧时，真实接 触面积可表示为：N塑性流动压力分 布赫兹分布图1.12 赫兹接触和实际 接触 Ar=N/σb
正态分布曲线
高度Zi 图1.5 微凸体的高度分布曲线
固体表面的原子排列和结构缺陷
• 经过不同加工过程形成的表面，因 机械作用，往往导致材料的晶格扭 歪、晶界开裂；由于温升导致金属 发生相变而再结晶，使晶粒长大； 或因为表层材料变形导致表层密度 和体积发生变化，从而在表层的塑 性变形层中产生残余应力，甚至产 生微裂纹。金属表层内种种微观性 状的改变，均对其摩擦磨损有密切 的关系。
第六章固体表面催化
C:载体：起承载和分散催化活性物质的固体。
第二节 固体催化剂表面结构及其 参量
表面结构的参量有：催化剂活性组分的晶态、晶格常数、 晶粒大小及其分布、表面积、孔体积 和孔分布。
1、晶态结构
固体物质分晶态和无定形两种；晶态物质按对称性又分为 7个晶系和14种空间点阵（晶格）
不同晶面上原子排布和原子间距离不同，对特定的反应催化 活性也可能不同，其不同晶面催化剂活性不同。
如：反应 bB（B摩尔数NB) →cC(C摩尔数NC，残余B摩尔数N’B)
B的转化率：
B
C的单程产率
NB NB ' 100% NB NC 100% (c / b ) N B
y
（2）催化剂的选择性
a:以主产物的产率yc的选择率表示：某反应物的转化总产量中 变为某主产物所需该反应物量的百分率。
孔体积为：
V比孔
W样（CCl 4 ) V空（CCl 4 ) W样
讨论：
1)W样（CCl4) ——样品吸附CCl4的质量，g W空（CCl4) ——空瓶吸附CCl4的质量，g W样——样品的质量 2）当 p / p >0.95，颗粒间孔隙发生凝聚，使体积偏高；
3）当 p / p
=0.95，半径<40nm所有孔隙可以被 CCl4充满
圆柱孔内有一厚度为t的吸附膜，内？ 半径为：
rc r t
气体在毛细管中凝聚成弯月面，曲率半径为：
rk rc / cos
r rk cos t
圆柱形孔吸附时，气-液界面是一个圆筒面，
( p / p )吸 e
Vl
rc RT
毛细管凝聚形成弯月面，脱附由气-液弯月面开始：
2Vl rc RT
固体表面及界面接触现象(2)
的能量差，称为半导体的功函数，并用 Ws 表示
为：
WS E0 EFS
7
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
用 χ 表示电子的亲和能，它表示电子从半 导体的导带底逸出体外所需要的最小能量， 即：
E EC
8
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
21
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
当电源电极性接法反过来，半导体一边接正极，
金属一边接负极，则外加电压 V<0 与接触表面势
（ Vs ） 0 方向相同，势垒高度上升，从半导体流向
金属的电子数减少，而金属流向半导体的电子数占 优势，形成一股由半导体到金属的反向电流。 对 P 型阻挡层，金属一边接电源负极，而半导 体一边接正极，对应为通流的方向，而金属一边
10
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
（二） 接触电势差和接触势垒
11
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
从图 6-12 （ c ）可以看出，达到动态平衡之后， 金属和半导体之间的静电势能差就等于金属和 半导体之间的功函数差，即：
q(Vm V 'S ) Wm WS
由式6-42得出接触电势差为
W S Wm (Vm V ' S ) q
6-42
6-43
12
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
13
§6 固体表面及界面接触现象
6.3 金属与半导体的接触
金属和半导体之间相当于有一个外电场作用于半 导体表面，而且电场E0是由半导体指向金属，使半 导体表面出现正的空间电荷区，形成电子势垒，称 这种因金属和半导体接触而产生的半导体表面势垒 为接触势垒。
固体的表面及其结构
1
400
1
200
0
10
20
30
40
2θ/degree
50
60
70
80
90
纳米颗粒金刚石XRD图谱 图6.1.8纳米颗粒金刚石 纳米颗粒金刚石 图谱
24
3、玻璃表面结构 、 表面张力的存在， 表面张力的存在，使玻璃表面组成与内部显著不同 在熔体转变为玻璃体的过程中， 在熔体转变为玻璃体的过程中，为了保持最小表面 能，各成分将按其对表面自由能的贡献能力自发地转移 和扩散。 和扩散。 在玻璃成型和退火过程中，碱、氟等易挥发组分自 在玻璃成型和退火过程中， 表面挥发损失。 表面挥发损失。 因此，即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、 因此，即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构 也会不同于内部。这种差异可以从表面折射率、 也会不同于内部。这种差异可以从表面折射率、化学稳 定性、结晶倾向以及强度等性质的观测结果得到证实。 定性、结晶倾向以及强度等性质的观测结果得到证实。
6
6.1.2 固体的表面力场
在固体表面， 质点排列的周期性中断， 在固体表面 ， 质点排列的周期性中断 ， 使处于表面边 界上的质点力场对称性破坏， 表现出剩余的键力， 这 界上的质点力场对称性破坏 ， 表现出剩余的键力 ， 就是固体的表面力。 就是固体的表面力。
7
6.1.3 固体的表面原子结构
16
5、表面偏析 、 不论表面进行多么严格的清洁处理， 不论表面进行多么严格的清洁处理 ， 总有一些杂质由体内偏析到表面上来， 总有一些杂质由体内偏析到表面上来，从 而使固体表面组成与体内不同，称为表面 而使固体表面组成与体内不同， 偏析。 偏析。
17
6.1.2 固体的表面结构
1、晶体表面结构 、 2、粉体表面结构 、 3、玻璃表面结构 、 4、固体表面的几何结构 、
固体表面及界面接触现象(1)解读
LD
qVS e xp( ) 2k BT
17
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
18
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
2. 平带状态 理想的自由半导体表面，没有任何外界作用因 素，表面能带不发生弯曲，半导体表面处于平带 的状态。称半导体处于平带状态时的微分电容为 平带电容，用CFBS表示。
ni值越小，xdm越大。
26
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
5. 深耗尽状态
因为空间电荷区中多子对外电场改变的响应几乎是瞬 时的（约10-12秒），而少子的响应则要慢得多（约100~102 秒），如果表面电场的幅度较大（其方向对P型半导体是 由表面指向体内）、变化又快（例如以阶跃脉冲形式加
12
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
半导体表面空间电荷区多数载流子势能陡起
的情形称为表面势垒。
而半导体表面（x=0）处与内部（x=d)处的 势能之差称为表面势垒高度，势垒高度用符号 qVD表示。显然，表面势垒高度
qVD qVS
13
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
体之间构成平板电容器。
10
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
11
§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
由于半导体载流子浓度是有限的，要积
累一定面电荷就要占相当厚的一层，通常
需要几百以至上千个原子间距，称这一带 电的半导体表面层为空间电荷区。 在空间电荷区内存在着电势差，称这种半 导体几何表面与体内之间的电势差为半导体 的表面势，用符号Vs表示。
上），则刚开始的瞬间少子还来不及产生，因而也就没有 反型层，为屏蔽外电场，只有将更多的空穴（多子）进一 步排斥向体内（空穴是多子，跟得上外电场变化），由更 宽的耗尽层（大于强反型状态时的耗尽层宽度）中的电离 受主来承担。这种非平衡状态就叫深耗尽状态。
qVS e xp( ) 2k BT
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
2. 平带状态 理想的自由半导体表面，没有任何外界作用因 素，表面能带不发生弯曲，半导体表面处于平带 的状态。称半导体处于平带状态时的微分电容为 平带电容，用CFBS表示。
ni值越小，xdm越大。
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
5. 深耗尽状态
因为空间电荷区中多子对外电场改变的响应几乎是瞬 时的（约10-12秒），而少子的响应则要慢得多（约100~102 秒），如果表面电场的幅度较大（其方向对P型半导体是 由表面指向体内）、变化又快（例如以阶跃脉冲形式加
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
半导体表面空间电荷区多数载流子势能陡起
的情形称为表面势垒。
而半导体表面（x=0）处与内部（x=d)处的 势能之差称为表面势垒高度，势垒高度用符号 qVD表示。显然，表面势垒高度
qVD qVS
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
体之间构成平板电容器。
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
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§6 固体表面及界面接触现象
6.2 表面电场效应
由于半导体载流子浓度是有限的，要积
累一定面电荷就要占相当厚的一层，通常
需要几百以至上千个原子间距，称这一带 电的半导体表面层为空间电荷区。 在空间电荷区内存在着电势差，称这种半 导体几何表面与体内之间的电势差为半导体 的表面势，用符号Vs表示。
上），则刚开始的瞬间少子还来不及产生，因而也就没有 反型层，为屏蔽外电场，只有将更多的空穴（多子）进一 步排斥向体内（空穴是多子，跟得上外电场变化），由更 宽的耗尽层（大于强反型状态时的耗尽层宽度）中的电离 受主来承担。这种非平衡状态就叫深耗尽状态。