Elektronische Zustände an reinen Siliziumoberflächen

Nach theoretischen Vorstellungen treten an reinen Kristalloberflächen mit Elektronen besetzbare Quantenzustände auf (Tamm, Shockley). Die folgenden Experimente wurden zur Prüfung der Existenz solcher Zustände unternommen. Die Oberflächenleitfähigkeit und ihre Änderung durch ein transversales elektrisches Feld (Feldeffekt) wurden an Siliziumkristallen beobachtet (1000 Ohm cm, p‐Typ). Die Proben hatten die Form zylindrischer Stäbchen, die auf einen Durchmesser von 0,3 mm geschliffen waren. Die Zylindersymmetrie der Meßröhre ermöglichte einen gleichmäßigen Beschuß mit Argonionen zur Reinigung und eine empfindliche Feldeffektmessung. Dem Ionenbeschuß folgte stets eine Glühbehandlung. ‐ Es gelang, das Minimum der Oberflächenleitfähigkeit zu beobachten und damit Absolutwerte dieser Größe zu erhalten. Die gereinigte Oberfläche ist schwach p‐leitend. Das Ferminiveau liegt 0,25 eV unterhalb der Mitte der Bandlücke. Die Zustandsdichte in der Umgebung des Ferminiveaus beträgt 1,5 · 10 15 cm −2 eV −1 . Für die integrierte Dichte der Oberflächenzustände in der ganzen verbotenen Zone kann nur eine untere Grenze mit 2 · 10 14 cm −2 angegeben werden. Durch vorübergehende Einwirkung von Sauerstoff sinkt die Zustandsdichte um etwa eine Größenordnung.