半導体用語集

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半導体用語集

表面ラフネス散乱

英語表記:surface roughness scattering

半導体表面・界面には、電子のバルクのエネルギーバンドギャップ内に表面・界面に局在した状態が生じることがある。このような状態はフェルミ準位ととの相互位置によって、ドナーあるいはアクセプタ型の不純物原子と同様の性格を持つ。半導体をドープした場合、この表面・界面状態が帯電し、表面・界面領域に静電ポテンシャルを及ぼす。この静電ポテンシャルがバンドの曲がり(band bending)を生じるが、これによって生まれる、不純物原子から供給されたキャリアの過不足によって最終的に表面・界面に溜まった電荷が保証され、バルクへと移行する。このようにバルクと異なるキャリア密度を持つ領域を空間電荷層(space charge layer)と呼ぶ。空間電荷層の厚みは、表面・界面でのバンド曲がりの大きさ、物質の誘電率、キャリア密度によって見積もることができるが、半導体は金属と異なり、電子による強い遮蔽が効かないために、この厚みは数nmから数100nmに及ぶ。この空間電荷層における表面・界面に平行な電気伝導は、キャリヤ密度とその移動度のバルクでの値からの変化によって決まるが、空間電荷層の厚みがキャリヤの平均自由工程と同程度あるいはそれ以下になる時、空間電荷層の境界におけるラフネスによる散乱が移動度を決定する重要な因子となる。さらに空間電荷層の厚みがキャリアの熱的な速度の大きさの平均から決まる波長と同程度になると、サイズ量子化の効果が重要になり、上のラフネス散乱は量子力学的な取り扱いが必要となる。