Физическая энциклопедия

ИНВЕРСИОННЫЙ СЛОЙ

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ИНВЕРСИОННЫЙ СЛОЙ

-слой у границыполупроводника,в к-ром знак осн.носителей заряда противоположен знаку осн. носителей в объёме полупроводника. Образуется у свободной поверхности полупроводника или у его контакта с диэлектриком, металлом или др. полупроводником (см.Гетеропереход).Образование И. с. обусловлено воздействием на поверхность нормального к ней электрического поля, к-рое, согласнозонной теории,приводит к изгибу зон вблизи поверхности (см.Поля эффект).Если, напр., в полупроводникер-типа искривление таково, что уровень ФермиE_Fстановится ближе к дну зоны проводимости E_c,чем к потолку валентной зоны E_v,то вблизи поверхности образуется И. с., в к-ром концентрация электронов больше концентрации дырок (рис. 1, а).И. с. всегда изолирован от осн. объёма полупроводниказапорным слоем.И. с. у границы раздела полупроводник-диэлектрик (вакуум) изолирован с обеих сторони аналогичен тонкой полупроводниковой плёнке, в к-рой в качестве осн. носителей выступают неосн. носители в объёме. В случае гетеропереходов И. с. изолирован запорными слоями с обеих сторон - один из них в "своём", а другой - в "чужом" полупроводнике.

Рис. 1.а -Зонная диаграмма полупроводника р-типа (р-Si) вблизи границы с диэлектриком (SiO₂); инверсионный слий толщинойdимеет проводимость n-типа; E_с- дно зоны проводимости, E_v, -вершина валентной зоны, j_s- поверхностный потенциал электрич. поля, Е_F-уровень Ферми; б - Потенциальная яма для электрона при j_s>0; E₀, E₁- уровни энергии электрона.

С помощью внеш. электрич. поля можно управлять концентрацией носителей в И. с. на единицу площади поверхности и его эфф. толщинойd.Источники этого поля - заряды, внедрённые в диэлектрич. слой, нанесённый на полупроводник или заряд спец. полевого электрода, изолированного от полупроводника тонким диэлектрнч. слоем (см.МДП-структура;рис. 2).Приближённое условие образования И. с. для рис.1, a имеет вид:

гдеE_s-напряжённость электрич. поля на поверхности, E_g-ширина запрещённой зоны,l_D-дебаевский радиус экранированияв объёме полупроводника,T- темп-pa,e -заряд электрона.

Pис.2. МДП-структура.

Типичные толщины И. с. с вырожденным газом носителей d~40-100 Е. (толщины запорного слоя 10³-10⁴Е).В случае гетероперехода часть носителей из объёма одною полупроводника проникает через барьер в другой, уравнивая E_Fв объёме обоих. В результате переноса заряда создаётся внутр. электрич. поле, приводящее к изгибу зон и образованию потенциальной ямы.
Электрическое квантование.Ограниченность И. с. в направлении нормали к поверхности приводит к квантованию энергии движения носителей:

гдеi=0, 1, ...-целые числа,k- волновой вектор в плоскости И. с.,т* - эффективная массаносителей заряда (для простоты изотропная в плоскости И. с.). Из (*) видно, что каждое E_iявляется дном i-й электрич. подзоны. n_s,т. е. при iд1, а также для И. с. с большой протяжённостью в глубь полупроводника уровни Eiсближаются до расстояния, к-рое меньше их собств. ширины или kT, и свойства И. с. становятся классическими. i=0, ведут себя как идеальныйдвумерный электронный газ;плотность состояний в i-й подзоне на единичный интервал энергии (рис. 1,б):

Здесь E₀- дно подзоны,g_v-число эквивалентных энергетич. зон в импульсном пространстве. Для И. с. в кристаллографич. плоскости (100) p-Sig_v-2,для И. с. в p-GaAs g_v=l. При малых поверхностных концентрацияхn_s,когда заполнена лишь осн. подзона (i=0):

Прямое доказательство двумерности электронного газа в тонких И. с. было впервые получено в экспериментах А. Б. Фаулера (А. В. Fowler), Фэнга (Fang), Хауарда (Howard) и Стайлса (Stiles), обнаруживших в 1966 квантовые осцилляции магнитосопротивления И. с. в Si, периодичные по концентрации, с периодом, зависящим только от нормальной компонентыН(см.Шубникова-де Хааза эффект, Квантовые осцилляциив магнитном поле).
Кулоновское взаимодействиеносителей в И. с. характеризуется отношением потенциальной энергии e²(pn_s)^1/2к ср. кинетической, к-рая при низких темп-рах для носителей в И. с. равна энергии нулевых колебаний . Предсказывалось, что при малых концентрациях носителей в И. с. возможен фазовый переход в упорядоченное состояние (см.Вигнеровский кристалл).Эксперим. сведений о возникновении в И. с. вигнеровской кристаллизации пока (1987) не получено.
Применение.И. с. является осн. элементом полевого МДП-транзистора, запоминающих устройств и др. приборовмикроэлектроники.На мн. характеристики И. с., в частности на электропроводность, существенно влияет рассеяние носителей заряж. примесями, фононами и шероховатостью поверхности полупроводника. И. с. служит также важным объектом исследований свойств двумерных проводников. Осн. физ. явления, изучаемые в И. с.: активационное поведение электропроводности (см.Андерсеновская локализация),отрицательное магнитосопротивление (см.Магнитосопротивление),эффект Шубникова - де Хааза,циклотронный резонанси др.Лит.:Andо Т., Fowler А. В., Stern F., Electronic properties of two-dimensional systems, "Revs Mod. Phys.", 1982, v. 54, p. 437; см. также лит. при ст.Контактные явления в полупроводниках.3.С. Грибников, В. М. Пудалов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

1. инверсионный слой—inversion layer...Русско-английский морской словарь
2. инверсионный слой—inversion layer...Русско-английский словарь по физике
3. инверсионный слой—inversion layer...Русско-английский словарь по электронике
4. инверсионный слой—электрон. strato di inversione...Русско-итальянский политехнический словарь
5. инверсионный слой—Inversionsschicht...Русско-немецкий политехнический словарь
6. инверсионный слой—Inversionsschicht...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
7. инверсионный слой—Inversionsschicht...Русско-немецкий химический словарь
8. инверсионный слой—inverzn vrstva...Русско-чешский словарь

• ИМПУЛЬСНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
• ИНВАРИАНТНОЕ ИНТЕГРИРОВАНИЕ