什么是表面态？

理想表面的表面态和表面能级:理想表面是指表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同,且表面上不附着任何原子或分子的半无限晶体表面(即晶体的自由表面).理论分析表明,在表面外测和内侧,电子的波函数都按指数关系衰减,这表明电子的分布几率在表面处最大,即电子被局限在表面附近.因此,这种电子状态叫做表面态,对应的能级称为表面能级.
理想表面产生表面能级(表面态)的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他认为晶体的周期性势场在表面处发生中断引起了附加能级.因此,这种表面能级称为塔姆表面能级或塔姆能级(Tamm Level).塔姆曾计算了半无限克龙尼克–潘纳模型情形,证明在一定条件下每个表面原子在禁带中对应一个表面能级.上述结论可推广到三维情形,可以证明,在三维晶体中,仍是每个表面原子对应禁带中一个表面能级,这些表面能级组成表面能带.因单位面积上的原子数约为,故单位面积上的表面态数也具有相同的数量级.表面态的概念还可以从化学键的方面来说明.以硅晶体为例,因晶格在表面处突然终止,在表面的最外层的每个硅原子将有一个未配对的电子,即有一个未饱和的键.这个键称为悬挂键,与之对应的电子能态就是表面态.因每平方厘米表面约有个原子,故相应的悬挂键数也应为约个.表面态的存在是肖克莱等首先从实验上发现的.以后有人在超真空对洁净硅表面进行测量,证实表面态密度与上述理论结果相符.
实际表面,在表面处还存在由于晶体缺陷或吸附原子等原因引起的表面态这种表面态的特点是其数值(表面态密度)与表面经过的处理方法及所处的环境有关.
基本概念:
受主表面态和施主表面态:若表面态接受电子使表面带负电叫做受主型表面态,若表面态放出电子使表面带正电叫做施主型表面态.
基本要求:了解表面态的产生原因及表面态的性质(受主型和施主型表面态).
快界面态:是指存在于硅–二氧化硅处而能值位于硅禁带中的一些分离的或连续的电子能态(或者能级).所以称为快界面态,是为了和由吸附于二氧化硅外表面的分子,原子等所引起的外表面态加以区别.外表面态位于空气和氧化物的界面上,它们和半导体交换电荷时,电子必须穿过绝缘的氧化层,因此需要较长的时间才能进行电荷交换,因此外表面态又称作"慢态".位于硅和二氧化硅界面处的界面态,由于可以迅速的和半导体导带或价带交换电荷,所以