Поверхность кристалла

У атомов, расположенных на поверхности кристалла, часть ковалентных связей неизбежно нарушается из-за отсутствия «соседей» по другую сторону границы раздела. Количество нарушенных связей зависит от кристаллографической ориентации поверхности. Например, для кремния в плоскости (111) оказывается оборванной одна из четырех связей, а в плоскости (100) — две (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Нарушение ковалентных связей на поверхности кристалла:

а—в плоскости (100); б—в плоскости (111)

Нарушение ковалентных связей влечет за собой нарушение энергетического равновесия на поверхности. Равновесие восстанавливается разными путями:

может измениться расстояние между атомами в приповерхностном слое, т.е. структура элементарных ячеек кристалла;

может произойти захват — адсорбция — чужеродных атомов из окружающей среды, которые полностью или частично восстановят оборванные связи;

может образоваться химическое соединение (например, окисел), не имеющее незаполненных связей на поверхности, и т.п.

В любом случае структура тонкого приповерхностного слоя (толщиной несколько нанометров и менее) отличается от структуры основного объема кристалла.

Как следствие, электрофизические параметры приповерхностного слоя заметно отличаются от параметров объема, причем этот вывод не зависит от того, граничит ли кристалл с вакуумом, воздушной средой или другим твердым телом. Поэтому приповерхностный или граничный слой (часто говорят просто — поверхность или границу) следует рассматривать как особую область кристалла.

Эта область играет важную роль в микроэлектронике, поскольку элементы планарных ИС расположены непосредственно под поверхностью, а размеры рабочих областей часто соизмеримы с толщиной граничных слоев.

Поверхность кристалла, разумеется, может быть загрязнена самыми различными веществами: остатками кислот или щелочей, использованных при ее обработке, жировыми пятнами и т.п.