Yüzey durumları (halleri), katı yüzeyin yakınında lokalize olan
elektronik durumlardır.
Yüzey durumlarının anlaşılması, kristallerin bant teorisinin
incelenmesiyle anlaşılır. Yüzey durumlarının doğası üzerinde yapılan
incelemelerde, genellikle sınırda kristal latisin sonlandırılması nedeniyle
ortaya çıkan Tamm Yüzey durumları ve yüzey üzerinde veya yüzeyi kaplayan oksit
katmandaki yabancı madde veya kusurlarda lokalize Shockley haller arasında bir ayrım
yapılır. Tamm durumları engellenmiş bandlar tarafından ayrılmış izin verilen
enerji bantları tarafından oluşturulmuştur. Yüzeye izin verilen bantlar, hem
engellenmiş hem de izin verilen bulk (kütle) bantlarına karşılık gelen
enerjilerde bulunabilir.
1932'de Tamm, olası bir duvarla sınırlandırılmış delta
potansiyel bariyerler dizisi olarak yarı-sonsuz bir kristalin basit tek-boyutlu
modelini düşünürken, dalga fonksiyonları kristal yüzeye lokalize hallerin olasılığını
ileri sürmüştür.
Tamm tarafından önerilen yüzey durumlarıyla ilişkili
yorumlara, 1939'da Shockley temelde farklı bir yaklaşım önerdi; elektron enerji
düzeylerini sekiz atomlu bir zincirde değerlendirdi. Hesaplama, engellenmiş
bantların elektron enerjisi spektrumunda göründüğünü ve bunların her birinde
doğrusal zincirin uçlarında iki kenar atomunun varlığına ilişkin iki durum
olduğunu gösterdi. Bu iki atomdaki elektronlar, üç-boyutlu bir kristalin yüzeye
yakın olan atomların elektronlarıyla aynı konumdadırlar; burada Shockley'e göre
yüzey halleri de beklenebilir.
Gerçek bir kristalde, yüzey elektronik durumları koordine
olarak doymamış yüzey atomlarına karşılık gelir; genellikle ortaya çıkmaları
alterasyon, yüzey rekonstrüksiyonu, yani, yüzey atomlarının hem yüzeyine teğet
olan hem de normal olan bir düzlemde yer değiştirmesiyle sonuçlanı. Bu üç
boyutlu latisin birkaç peryoduna eşit bir periyodu olan ya da onlarla ölçüsüz
bir yüzey yapısı oluşturur. Yeniden yapılanma karakteri, yüzeyin kristalografik
yönlendirmesine, hazırlanma yöntemine, adsorbe edilmiş yabancı maddelerin türü
ve konsantrasyonuna veya üzerinde oksit katmanın varlığına bağlıdır.
Elektronik yüzey durumlarına olan ilgi, sadece yüzey
olaylarının fiziğini anlamak için değil, önemli teknolojik ihtiyaçlarıyla da
ilişkilidir. Yüzey halleri, elektronlar ve boşluklar (delikler) için
rekombinasyon merkezleri gibi davranır ve böylece diyotların, transistörlerin,
güneş pillerinin ve diğer yarıiletken cihazların taşıyıcı ve bozucu özelliklerini
azaltır.
Şekil: (а)
Yarı-sonsuz bir latisin tek boyutlu model potansiyeli; tarı-sonsuz kristalde
iki tür dalga fonksiyonu vardır: (b) hacim halleri, (c) yüzey halleri
