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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 凝聚态物理 » 半导体表面的空间电荷与电场分布
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hbc1234

木虫 (小有名气)

[求助] 半导体表面的空间电荷与电场分布 已有2人参与

半导体物理的课本中都会提到，表面附近存在空间电荷区，从而会有非零的电场随深度的分布。但是在叙述这一现象时，课本往往使用MIS结构进行讲解，即外加电压下，载流子重新分布，从而通过外加电场解泊松方程得到电场分布。但是，我觉得这一现象应该是由于表面态导致的，即使没有外加电压，空间电荷层应该依然存在。

请问，我的这种认识正确吗？如果正确，应该用什么方法计算或测量半导体表面的电场或电势分布？（如普通的单晶硅片）
我知道通过很多方法可以得到半导体表面的功函数，请问功函数和表面电场有什么联系吗？
谢谢！
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1楼 2014-11-17 18:24:28
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simit

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
hbc1234: 金币+10, ★★★很有帮助, 谢谢！上课的时候了解过CASTEP，但是没有实际操作过，请问有没有什么教程？ 2014-11-18 09:25:59
MIS是两边材料功函数不同导致电荷积聚在表面附近。表面态也会有这种效应，但两个数量级根据不同材料是不一样的。 你如果会DFT，就先算表面（SLAB）自恰后把电子密度沿XY积分，看它沿Z轴分布就知道你要的信息了。
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2楼2014-11-17 21:50:09
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hbc1234

木虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by simit at 2014-11-17 21:50:09
MIS是两边材料功函数不同导致电荷积聚在表面附近。表面态也会有这种效应，但两个数量级根据不同材料是不一样的。 你如果会DFT，就先算表面（SLAB）自恰后把电子密度沿XY积分，看它沿Z轴分布就知道你要的信息了。

刚才查到一个帖子，请问是他讲的方法吗？

http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=6012052&fpage=1&target=blank
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3楼2014-11-18 09:27:03
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metaliium

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
hbc1234: 金币+5, ★★★很有帮助, 谢谢！ 2014-11-19 12:10:04
hbc1234: 金币+10, ★★★很有帮助, 感谢你多次回帖应助，但是只有这个回帖是应助贴，所以我把金币加在这了 2014-11-23 19:54:53
表面态当然会造成电荷重新分布，但这本身也仍是费米面不平造成的。因为电子净的流动完全由费米面决定，（如果没有这一条规则，表面态也不会引起空间电荷区）费米面不平造成的电荷在空间上的积累是普遍的现象。两者并没有任何矛盾的地方。

在表面态影响显著的体系中，无非是不能简单用块体材料能带结构描述而已，最终电子是否重新排布，怎么排布还是由费米面决定
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4楼2014-11-19 03:28:30
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hbc1234

木虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by metaliium at 2014-11-19 03:28:30
表面态当然会造成电荷重新分布，但这本身也仍是费米面不平造成的。因为电子净的流动完全由费米面决定，（如果没有这一条规则，表面态也不会引起空间电荷区）费米面不平造成的电荷在空间上的积累是普遍的现象。两者并 ...

你的描述应该是非平衡条件下的吧？
因为半导体物理课本的普遍描述方式是，平衡条件下，固体表面、半导体异质结、金属-半导体接触等情况下，费米能级都是平的，而导带、价带，和真空能级是弯曲的。是这样吗？
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5楼2014-11-19 12:13:52
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simit

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
hbc1234: 金币+5, ★★★很有帮助, 谢谢！看来我得学学计算，把我的case算一下 2014-11-19 19:22:36
引用回帖:
3楼: Originally posted by hbc1234 at 2014-11-18 09:27:03
刚才查到一个帖子，请问是他讲的方法吗？

http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=6012052&fpage=1&target=blank...

我这里下不了附件。
功函数计算是很常规的工作，VASP里面讲得很清楚，CASTEP和VASP同源，应该不会错的。
metaliium从费米面平衡角度出发讲这个问题，半导体物理的书就是这么介绍的。如果你是模型级工作，加上电子数守恒，无穷远处波函数为0等边界条件就能算波函数及电荷分布。
如果你是DFT，平衡条件下算得功函数就是系统的费米能级和真空能级的差，电荷重新分布已经在电子自恰计算过程中完成了。
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6楼2014-11-19 12:48:28
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metaliium

银虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by hbc1234 at 2014-11-19 12:13:52
你的描述应该是非平衡条件下的吧？
因为半导体物理课本的普遍描述方式是，平衡条件下，固体表面、半导体异质结、金属-半导体接触等情况下，费米能级都是平的，而导带、价带，和真空能级是弯曲的。是这样吗？...

我说的是平衡态。平衡态下费米能级（一般）是平的本身是电荷重新分布的结果（电荷重新分布导致空间局域出现净电荷，形成电势差，因此产生能带弯曲；同时也改变了局部的电子浓度，最终导致费米面拉平）。。。而电荷之所以会重新分布是因为最开始费米面是不平的。。。
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7楼2014-11-19 16:00:21
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hbc1234

木虫 (小有名气)
引用回帖:
7楼: Originally posted by metaliium at 2014-11-19 16:00:21
我说的是平衡态。平衡态下费米能级（一般）是平的本身是电荷重新分布的结果（电荷重新分布导致空间局域出现净电荷，形成电势差，因此产生能带弯曲；同时也改变了局部的电子浓度，最终导致费米面拉平）。。。而电荷 ...

谢谢，这样一说我就理解了。
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8楼2014-11-19 19:27:54
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hbc1234

木虫 (小有名气)
引用回帖:
7楼: Originally posted by metaliium at 2014-11-19 16:00:21
我说的是平衡态。平衡态下费米能级（一般）是平的本身是电荷重新分布的结果（电荷重新分布导致空间局域出现净电荷，形成电势差，因此产生能带弯曲；同时也改变了局部的电子浓度，最终导致费米面拉平）。。。而电荷 ...

我还有一个问题想请教。
表面处费米面不平，其根源是什么？是由于表面态吗？
从电场的角度看，电荷定向移动应该是由于电场的驱动。那么电荷重新分布之前，晶体中近表面区域是否有电场存在？电荷重新分布之后，是不是总场强为零呢？

问这些东西，原因是我最近看了一篇文献，讲的是晶体内存在电场时，拉曼散射会存在一些变化。文章的实验部分，说掺杂得到不同载流子浓度的样品，光谱变化有一定规律，认为是不同载流子浓度下，表面空间电荷层的电场分布不同
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9楼2014-11-20 10:19:14
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hbc1234

木虫 (小有名气)
引用回帖:
6楼: Originally posted by simit at 2014-11-19 12:48:28
我这里下不了附件。
功函数计算是很常规的工作，VASP里面讲得很清楚，CASTEP和VASP同源，应该不会错的。
metaliium从费米面平衡角度出发讲这个问题，半导体物理的书就是这么介绍的。如果你是模型级工作，加上电 ...

我也想问您同样的问题，电荷重新分布之前，晶体中近表面区域是否有电场存在？电荷重新分布之后，是不是总场强为零呢？
谢谢!
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10楼2014-11-20 10:20:17
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