Techniklexikon

Halbleiteroberflächen

Grenzflächen von Halbleitern, die insbesondere in Kontakt mit anderen leitenden oder nichtleitenden Materialien von Interesse sind. Treten zwei Leiter in Kontakt, bildet sich zwischen ihnen eine Kontaktspannung aus, bis die Fermi-Energie auf beiden Seiten das gleiche Niveau erreicht, wobei sich eine Doppelschicht aus gegenpoligen Flächenladungen auf atomarem Abstand bildet. Derselbe Zustand stellt sich bei einem Metall-Halbleiter-Kontakt nur dann ein, wenn letzterer eine Anreicherungsrandschicht erhält. Wird andererseits ein reiner Störhalbleiter so kontaktiert, dass er Stromträger an den Kontaktpartner abgeben muss, so entsteht eine Verarmungsrandschicht (Sperrschicht) grösserer Dicke, verbunden mit einem Anstieg der Elektronenenergie gegen das Metall hin und damit einer Aufwölbung auch der anderen Energiestufen, d.h. des gesamten Bänderschemas (Bandenaufwölbung, Bändermodell).

Im Fall eines Metallkontaktes mit einem p-Halbleiter geringer Akzeptorendichte, dessen Austrittsarbeit grösser ist als die Austrittsarbeit des Metalls und der deshalb ein negatives Kontaktpotential gegen selbiges hat, gelten ganz ähnliche Verhältnisse bezüglich der Defektelektronen. Auch dann tritt eine Verarmungsrandschicht (an positiven Trägern) auf, welche zu einer ähnlichen Figur in den Energiestufen der Defektelektronen führen.

Oberflächenverunreinigungen führen im allgemeinen zur Bildung zusätzlicher Doppelschichten in der Grenzschicht. Dies führt dazu, dass eine Bandaufwölbung, welche der Breite der Bandlücke (Energielücke) nahekommt, am äussersten Rand der Verarmungsschicht das Valenzband der Fermi-Kante nahebringt. Das bewirkt, dass sich an der äussersten Oberfläche des Halbleiters eine p-leitende Inversionsschicht bildet, indem Elektronen aus dem Valenzband in das Metall unter Hinterlassung positiver Defektelektronen übertreten.

Ebenfalls sehr wichtig ist der Kontakt zwischen einer p-Schicht und einer n-Schicht desselben Grundhalbleiters, wie er z.B. bei Kristallgleichrichtern und Transistoren vorliegt (p-n-Übergang).