バンドの歪み？（バンドベンディング、バンド曲がり）

質問

半導体表面で、バンドが歪むということがどういうことか理解できません。
n型半導体で、正に電荷を帯びた不純物が表面にある場合、クーロンポテンシャルが遮蔽されて、バンドは下に曲がり、伝導体はフェルミ準位に近づくっていう説明があるんですが、さっぱり分かりません。どういうことなんでしょうか。ご存知の方、教えて下さい。

回答No.3

gandhi-

自分なりの解釈をして、自分の言葉で説明できるまで理解する
というのはなかなか難しいですよね。
ポアソン方程式を解くと電界があるとポテンシャルが変化するのが
導けるんですがね～、直感的となると…こんな感じでしょうか…。
半導体表面にマイナスチャージがあると、同種の電荷をもつ電子を
バルク側へ押しやる、半導体内から電子から見ると、表面に
障壁がある。といった感じでしょうかね～…。

色々な本を見たりして、勉強していくと段々分かってくると思います。
あまりお力になれなくてすみませんf^_^;

お礼

ありがとうございます。色々、自分なりに調べてみたのですが、さっぱり実感がわかなくて苦しんでいたところです。

>半導体内から電子から見ると、表面に障壁がある。

表面に障壁があると、バンドが曲がるというの何故なのかが、直感的に分からないんですよねー（笑）。

回答No.2

gandhi-

最表面に負電荷（表面準位に関連する）、半導体バルク側に
正電荷が存在し、電界を張っているのでバンドは曲がります。
曲がり方は実際にポアソン方程式を解けば分かります。
（ショットキー界面のポテンシャル計算が参考になると思います）
マイナスチャージが表面に存在するのに、上側に曲がる、というのが不思議でしょうか？
下側に曲がるように感じるでしょうか？

クーロンポテンシャルですが、すいませんが正確には言葉の意味は分かりません。
普通にクーロンの法則で電界を計算して、ポテンシャルを
計算すればそれがクーロンポテンシャル、というような気がします。
これは全く予想でしかないので、あまり信じないで下さいf^_^;
もしかしたらちゃんとした意味があるかもしれません。

お礼

ご丁寧な返信ありがとうございます。

＞最表面に負電荷（表面準位に関連する）、半導体バルク側に
正電荷が存在し、電界を張っているのでバンドは曲がります。

電界を張ると、何故、バンドが曲がるのかが、直感的に理解できないんですねー。んんー。難しい。

回答No.1

gandhi-

半導体表面でバンドが曲がるのは表面準位が関係したことだと思います。
表面準位がマイナスにチャージしていれば、それと釣り合うだけの
正電荷（イオン化したドナー）が半導体表面に現れます。
結果としてバンドは上側へ曲がります。
表面でバンドが曲がるのはこれでいいと思います。

>n型半導体で、正に電荷を帯びた不純物が表面にある場合、
>クーロンポテンシャルが遮蔽されて、バンドは下に曲がり、
>伝導体はフェルミ準位に近づく
ちょっとこちらは分かりません。
ドナー密度が高くなるとフェルミレベルが伝導帯に近づくのと違うのでしょうか？

お礼

ご丁寧にありがとうございます。
もし、ご存知でしたら、もう少し教えて頂きたいのですが・・・

表面が正に電荷を帯びると、バンドが上に上がるのは何故でしょうか？

＞ちょっとこちらは分かりません。
＞ドナー密度が高くなるとフェルミレベルが伝導帯に＞近づくのと違うのでしょうか？

実は、まず、クーロンポテンシャルの解釈が分からないのです。もし、ご存知でしたら、ご教授願えませんか？