Новый Механизм Поляризации Полупроводника На Интерфейсе С Органическим Диэлектриком

Abstract

Создана система полупроводник-органический диэлектрик с пространственно распределенным зарядом, обладающая уникально низкой плотностью быстрых поверхностных состояний (Nss ) на интерфейсе. На примере n-Ge реализована система с Nss ≈ 5 · 10 10 см −2 и проведено исследование физических характеристик такой системы с жидкостным и металлическим полевыми электродами. В системе с органическим диэлектриком впервые реализован диапазон изменения поверхностного потенциала от обогащения области пространственного заряда полупроводника основными носителями заряда до состояния инверсии без изменения механизма взаимодействия адсорбированного слоя с поверхностью полупроводника. Обнаружен эффект усиления поляризации области пространственного заряда полупроводника вследствие изменения пространственной структуры подвижного заряда в органическом диэлектрическом слое. На основе разработанной системы открываются технологические возможности для формирования новой генерации электронных приборов на органических плeночных структурах и экспериментального моделирования электронных свойств биологических мембран. DOI: 10.21883/FTP.2017.02.44105.8331 Изучение процессов в сложных [1] зарядовых систе-мах, возникающих на межфазной границе полупровод-ника в результате адсорбции [2], является актуальной за-дачей физики наносистем. В этой связи особый интерес направлен на изучение свойств систем со слоем адсор-бированных органических молекул [3], что обусловлено ключевой ролью сложных зарядовых процессов в этих слоях [4] при формировании параметров интерфейса в целом. Результаты этих исследований открывают новые возможности для создания электронных приборов с низкой плотностью быстрых поверхностных состояний (БПС) вблизи середины запрещенной зоны, а также для экспериментального моделирования электрофизических свойств биологических мембран.В данной работе реализована и изучена система на основе традиционной для исследований в системе полупроводник−электролит [5,6] подложки n-Ge c ори-ентацией поверхности (111) и удельным сопротивлени-ем ρ Ge = 5 Ом · см. Органический диэлектрик (OD) с объeмной структурой электрических диполей был по-добран таким образом, чтобы обеспечить низкую плот-ность БПС (N s s < 5 · 10 10 cм −2 ) на интерфейсе. Низкая плотность БПС на исходной поверхности достигалась контролируемым электрохимическим травлением. Плен-ка диэлектрика наносилась на поверхность германия методом центрифугирования.В эксперименте по методике, изложенной в рабо-тах [5,6], измерены вольт-амперные (ВАХ) и вольт-фарадные (ВФХ) характеристики интерфейсов Ge и Ge−OD в системе с жидкостным и металлическим по-левыми электродами при циклическом изменении элек-тродного потенциала. ВАХ системы Ge−OD−электро-лит в сравнении с системой Ge−электролит демонстри-рует уменьшение более чем на порядок тока во всем диапазоне потенциалов поляризации, что свидетельству-ет о сплошности сформированного OD-слоя, а уменьше-ние катодного тока (V s > 0, где V s -поверхностный потенциал полупроводника) дополнительно указывает на низкую проницаемость интерфейса с OD-слоем для пр...