Rev. Phys. Appl. (Paris) 19, 379-388 (1984)
DOI: 10.1051/rphysap:01984001905037900

Nature cristallo-physico-chimique de l'interface entre un semiconducteur et son oxyde propre. I. - Etudes expérimentales des semiconducteurs des groupes A4 et A3 B5

O.V. Romanov

Laboratoire d'Electronique des Corps Solides, Institut de Physique, Université d'Etat de Leningrad, 199 164 Leningrad, URSS

Abstract
The processes of the electrochemical oxidation for different semiconductors are investigated in the details, owing to a new experimental approach of the problems of the depth of localization, the origin of a builtin electric charge in an oxide formed from a semiconductor at an insulator-semiconductor interface, and the origin of surface states at the same interface. Field effect experiments (C, Δ C, σ□, Δσ□, j, Δ j ˜ f(Φ, t )) were carried out with semiconductors selected from groups A4(Si, Ge with surfaces (100) and (111)) and A3B5(InP, InAs, InSb; GaN, GaP, GaPs, GaSb) with surfaces (111)-A3 and (111)-B5 in several aqueous electrolytes, pure or contaminated by different metals (Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Co, Ni, etc...). The results allow to establish the main rules governing the systematic variations of a double electrical layer at the interface with regard to structural, physical and chemical properties of the semiconductor and its own oxide.

Résumé
On présente les résultats d'études systématiques des propriétés électrophysiques et physicochimiques de l'interface oxyde propre anodique ultramince (0 à 50 Å)-semiconducteur (OPS), obtenus en étudiant les effets de champ électrique (C, ΔC, σ□, Δσ□, j, Δj ˜ f(Φ, t)) dans différents électrolytes aqueux pour un ensemble de semiconducteurs bien choisis des groupes A4(Si, Ge) et A3B5(InP, InAs, InSb; GaN, GaP, GaAs, GaSb). On a utilisé les surfaces (100) et (111) pour le groupe A4 et les surfaces (111) et (111) pour le groupe A3B5. Les résultats des expériences indiquent la formation d'une couche électrique spécifique à la première étape de formation de l'interface OPS, dont la grandeur algébrique dépend des propriétés cristallographiques, physiques et chimiques de la surface étudiée. Dans des conditions identiques, sur le système électrolyte-oxyde propre-semiconducteur, on a réussi à mettre en évidence les règles de variation de la double couche électrique à l'interface OPS pour les semiconducteurs des groupes A4, InB5 et GaB5 pour diverses surfaces cristallographiques et en étudiant aussi l'adsorption de métaux lourds (Cu, Ag, Au, Fe, Co, Ni, Pt, etc.). Quelques-unes de ces règles s'observent aussi systématiquement pour l'interface oxyde propre thermique-silicium, ce qui souligne la nature générale de l'interface OPS formée par oxydation du semiconducteur. Dans cette première partie nous présentons l'ensemble des principaux résultats expérimentaux (dont certains sont inédits), relatifs à l'interface OPS pour les semiconducteurs des groupes A4 et A3B5, dont l'interprétation générale sera donnée dans la deuxième partie.

PACS
7320 - Electronic surface states.
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
8160C - Surface treatment and degradation in semiconductor technology.
8245 - Electrochemistry and electrophoresis.

Key words
electrochemistry -- elemental semiconductors -- III V semiconductors -- interface electron states -- oxidation -- semiconductor insulator boundaries -- A sup 4 groups -- physical properties -- A sup 3 B sup 5 groups -- electrochemical oxidation -- semiconductors -- insulator semiconductor interface -- surface states -- InP -- InAs -- InSb -- GaN -- GaP -- GaPs -- GaSb -- aqueous electrolytes -- chemical properties