半導体用語集

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半導体用語集

表面ダングリングボンド

英語表記:surface dangling bond

一般に固体の表面は内部と異なった性質を示す。半導体のような共有結合性の固体の清浄表面の第一層の原子は隣の原子がなくなったために結合手が余ってぶらぶら状態になる、この結合手のことを表面ダングリングボンドと呼ぶ。表面第一層の原子にダングリングボンドがある時、第一層と第二層の結合は固体内部と異なる。これをバックポンドと呼ぶ。ダングリングボンドのエネルギーはきわめて高く、表面再構成や原子分子の吸着に重要な役割を 果たしている。共有結合半導体を構成する原子の電子軌道はsp3混成軌道を形成する。ーつの原子は四面体の中心から頂点の方向に向けた軌道を持ち、それらの軌道をお互いに向け合うことで結合し、ダイヤモンド構造の結晶を作る。このようにしてできた結晶を切断して表面を作ると、そこに相手のない結合手、つまりダングリングボンドが形成されることがわかる。電子軌道は結合した時に結合軌道と反結合軌道に分裂する。これらは、それぞれ価電子帯と伝導帯と呼ばれ、その間にエネルギーギャッ プが生しる。ダングリングボンドを形成する軌道はsp3軌道のまま存在し、 エネルギーギャップの中のエネルギーを持つ。この軌道の高いエネルギーを低くして表面構造を安定させるために表面再構成が起こる。
表面再構成はダングリングボンドのエネルギーを低くするか、ダングリングボンドの数を減らすように起こる。ダングリングボンドのエネルギー状態は表面に敏感な紫外線光電子分光や、電子工ネルギー損失分光による表面電子状態の測定結果と、理論計算の結果を比較することにより求められる。