FIELD ION APPEARANCE SPECTROSCOPY AT SILICON SURFACES

Résumé
Potentiels d'apparition et formes de distributions énergétiques intégrales d'ions ont été mesurés, pour l'hydrogène et des gaz inertes ionisés par champ, prés et au plan (111) de pointes émettrices de Si de type p et n. A partir des résultats, deux modèles d'énergie potentielle sont proposés pour le processus d'ionisation de champ, (i) Surface recouverte d'hydrogène atomique : pour le Si-p, l'effet tunnel se produit vers les états libres des bandes de valence et de conduction avec une photo-sensibilité vers la bande de valence. Pour le Si-n, l'effet tunnel se produit vers les états libres de la bande de conduction, (ii) Surface propre : pour le Si-p à 80 K sans lumière, l'effet tunnel se produit vers les états libres de surface suivi d'une recombination avec les trous de la bande de valence et d'un effet tunnel vers les états de la bande de conduction. Ces processus d'états de surfaces sont accrus en présence de lumière. Pour le Si-n à 80 K sans lumière, l'effet tunnel prend place seulement au bord de la band de valence alors qu'avec lumière, les électrons qui passent dans les états de surface par effet tunnel peuvent être excités vers les états de la bande de conduction. Il y a la preuve expérimentale que la densité des états de surface est suffisamment élevée pour faire écran au champ électrique lors de l'ionisation de champ.

Abstract
Onsets and shapes of field ion integral energy distributions have been measured for hydrogen and inert gases which were field ionized at and close to the (111) plane of p- and n-type Si emitter tips. From the results obtained two potential energy models are proposed for the field ionization process. (i) Surface covered with atomic hydrogen : for p-type Si tunneling occurs into empty states of the valence and the conduction band with valence band tunneling being photo-sensitive. For n-type Si tunneling occurs into empty conduction band states. (ii) Clean surface : for p-Si at 80 K, without light, tunneling occurs into empty surface states followed by recombination with holes of the valence band and by tunneling into states of the conduction band. Surface state processes are enhanced in the presence of light. For n-Si at 80 K without light, tunneling only takes place at the edge of the conduction band, whereas with light, electrons which tunnel into surface states can be excited into conduction band states. There is experimental evidence that the density of surface states is high enough to considerably screen the electric field for field ionization.