HAL Id: jpa-00215330
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Submitted on 1 Jan 1973
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STRUCTURE DU SEUIL DE PHOTOÉMISSION ET PROPRIÉTÉS ÉLECTRONIQUES DE SURFACE DU
SILICIUM CLIVÉ SOUS ULTRAVIDE
C. Sebenne, G. Guichar, D. Bolmont, M. Balkanski
To cite this version:
C. Sebenne, G. Guichar, D. Bolmont, M. Balkanski. STRUCTURE DU SEUIL DE PHOTOÉMIS- SION ET PROPRIÉTÉS ÉLECTRONIQUES DE SURFACE DU SILICIUM CLIVÉ SOUS ULTRA- VIDE. Journal de Physique Colloques, 1973, 34 (C6), pp.C6-35-C6-35. �10.1051/jphyscol:1973609�.
�jpa-00215330�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C6, supplétîlent au no 1 1 - 12, Tome 34, Novembre-Décembre 1973, page C6-35
STRUCTURE DU SEUIL DE PHOTOÉMISSION ET PROPRIÉTÉS ÉLECTRONIQUES DE SURFACE
DU SILICIIJM CLIVÉ SOUS ULTRAVIDE
C. SEBENNE, G. G U I C H A R , D. B O L M O N T et M. BALKANSKI
Laboratoire de Physique des Solides, associé au C N R S Université de Paris VI, France
Résumé. - La présence d'états électroniques de surface dans la bande interdite d'un semi- conducteur implique deux conséquences principales sur le seuil de photoémission du cristal : les états de surface occupés donnent un courant de photoémission pour des énergies de photons inférieures à l'énergie d'ionisation (distance bande de valence-niveau du vide), la présence d'une charge superficielle entraîne l'existence d'une région de charge d'espace qui modifie la forme, en fonction de l'énergie des photons, du courant de photoémission à partir de la bande de valence.
La mesure de ces deux effets nécessite une grande sensibilité en courant et une bonne résolution en énergie pour obtenir une détermination fine et complète du seuil de photoémission.
Un montage expérimental a été réalisé qui permet la mesure courant photoémis jusqu'à 10 élec- trons par seconde et une résolution supérieure au 1/100' d'électron-volt dans la gamme 3-6,2 eV.
Le seuil de photoéniissioii a pu ainsi être déterminé sur une gamme d'échantillons de silicium de différents dopages préparés par clivage sous ultravide. L'effet d'une interaction avec une atmo- sphère d'oxygène a été également déterminé.
Les échantillons fortement dopés de type p permettent la détermination du travail de sortie de la face (1 1 1 ) du silicium, et l'évaluatioii de la profondeur d'échappement des électrons.
Les échantillons dopés de type n permettent une évaluation quantitative de la densité d'états de surface occupés dans la bande interdite : les résultats sont en accord avec ceux d'autres auteurs, obtenus à l'aide de méthodes différentes et montrent l'existence d'autres états de surface en densité plus faible. Ces échantillons permettent également de caractériser la charge d'espace en surface.
Abstract. - Electronic surface states in the gap of a semiconductor have two main consequences on the photoemission threshold of the crystal : (i) occupied surface states generate a photoemission current for photon energies lower than the ionization energy, (ii) surface electrostatic charge generates a space charge region wliich changes the sliape of the current photoemitted from the valence band as a fiiiiction of photon energy.
Both effects can be observed by obtainiiig the detailed structure of photoemission threshold with a high sensitivity current iiieasurement and photon energy resolution.
An experimental set-up has been realized allowing a current sensitivity down to 10 electrons per second and an energy resolution lower that 0.01 eV in the 3-6.2 eV range.
The photoemission threshold has been obtained on a set of silicon samples with different doping after cleavage uiider ultrahigh vacuum. The effect of oxygen has been also studied.
Highly doped p-type saniples allow the determination of (i) the work function of the (11 1) face of silicon (ii) the escape depth of electrons. n-type samples allow the evaluation of the occupied surface states density in the gap : the results are in agreement with those of other authors, obtained with different methods, and further show the presence of other surface states of lower density.
These samples allow the characterization of the surface space charge.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1973609
