Strat de inversare (de asemenea: strat de inversare sau regiune de inversare ) - o zonă dintr-un semiconductor în apropierea suprafeței sale sau a joncțiunii cu un alt material, a cărei conductivitate este determinată de concentrația purtătorilor de sarcină minori ai semiconductorului. Pentru a crea și menține existența unei astfel de regiuni, este necesar un câmp electric, parametrii acestuia variază în funcție de modificările tensiunii externe și ale condițiilor (temperatura, intensitatea luminii). Un strat invers este format, de exemplu, într- un tranzistor cu efect de câmp de poartă izolată , unde acţionează ca un canal pentru trecerea curentului între sursă şi scurgere. Grosimea tipică a acestui strat este de câțiva nanometri.
Conform GOST 15133-77 [1] , stratul invers este definit ca
un strat lângă suprafața unui semiconductor, în care tipul de conductivitate electrică diferă de tipul de conductivitate electrică în cea mai mare parte a semiconductorului datorită prezenței unui câmp electric de stări de suprafață, a unui câmp electric extern lângă suprafață sau un câmp de contact cu diferența de potențial.
Cel mai frecvent studiat este stratul invers din structura MOS (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor), care se formează prin aplicarea unui invers static suficient de mare (“+” pe metal în cazul unui substrat de tip p , vezi diagramele benzilor din dreapta sau „-” la metal pentru n-substrat , vezi figura de mai sus) tensiune. Acest mod de operare al structurii MOS se numește modul de inversare. Purtătorii minoritari sunt generați în regiunea de epuizare și se acumulează lângă suprafață până la stabilirea echilibrului. Când se aplică o tensiune alternativă, un astfel de proces poate „să nu țină pasul”; în plus, crearea unui strat invers poate fi împiedicată de scurgerea (de exemplu , tunelul ) a unei sarcini printr-un dielectric. Deoarece structura MOS poate face parte din tranzistorul cu efect de câmp, cel mai important dispozitiv din electronică, importanța studierii straturilor inverse este extrem de mare.
În plus, un strat de inversiune este uneori creat la heterointerfețe în structurile mai multor semiconductori cu energii diferite de afinitate electronică și/sau diferite benzi interzise .
Grosimea stratului invers depinde de materialul semiconductor, de concentrația atomilor de impurități și de mărimea câmpului aplicat. Valorile caracteristice sunt 2-5 nm. Aceasta este mult mai mică decât lățimea regiunii epuizate (de la fracții la unități de microni cu dopaj moderat). Intensitățile tipice ale câmpului electric transversal sunt 10 6 -10 7 V/cm, densitățile minoritare ale purtătorilor se află în intervalul 10 11 -10 13 cm -2 .
Mișcarea purtătorilor minoritari în direcția perpendiculară este cuantificată . Distribuția potențialului în stratul invers și în apropierea acestuia este calculată prin soluția auto-consistentă a ecuațiilor Schrödinger și Poisson , deși au fost propuse și modele simplificate. Se dovedește că densitatea maximă de încărcare este deplasată de la interfață cu aproximativ 1 nm, iar partea inferioară a sub-benzii inferioare poate fi de până la 0,5 eV distanță de minimul de energie potențială din puțul apropiat de suprafață (crește odată cu câmpul) . Datorită cuantizării , densitatea stărilor este redusă în comparație cu cazul tridimensional. Direct în apropierea interfeței, puțul este aproximativ triunghiular [2] .
Prezența cuantizării afectează în mod semnificativ transferul de sarcină de-a lungul stratului de inversare, mobilitatea și alți indicatori și afectează, de asemenea, fenomenele magnetice din structura MOS.