Inversiokerros (myös: inversiokerros tai inversioalue ) - alue puolijohteessa lähellä sen pintaa tai liitoskohtaa toisen materiaalin kanssa, jonka johtavuuden määrää puolijohteen pienten varauksenkuljettajien pitoisuus. Tällaisen alueen luomiseksi ja olemassaolon ylläpitämiseksi tarvitaan sähkökenttä, jonka parametrit vaihtelevat ulkoisen jännitteen ja olosuhteiden (lämpötila, valon intensiteetti) muutosten mukaan. Käänteinen kerros muodostetaan esimerkiksi eristettyyn hila-kenttätransistoriin , jossa se toimii kanavana virralle lähteen ja nielun välillä. Tämän kerroksen tyypillinen paksuus on useita nanometrejä.
GOST 15133-77 [1] mukaan käänteinen kerros määritellään seuraavasti
puolijohteen pinnan lähellä oleva kerros, jonka sähkönjohtavuustyyppi eroaa puolijohteen suurimman osan sähkönjohtavuuden tyypistä johtuen pintatilojen sähkökentästä, pinnan lähellä olevasta ulkoisesta sähkökentästä tai potentiaalierokontaktikenttä.
Yleisimmin tutkittu on käänteiskerros MOS-rakenteessa (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor), joka muodostetaan kohdistamalla riittävän korkea staattinen käänteisarvo ("+" metalliin p-tyypin substraatin tapauksessa , ks. oikealla olevat kaistakaaviot tai "-" metalliin n-substraatille , katso kuva yllä) jännite. Tätä MOS-rakenteen toimintatapaa kutsutaan inversiotilaksi. Vähemmistökantajat syntyvät tyhjennysalueella ja kerääntyvät lähelle pintaa, kunnes tasapaino saavutetaan. Kun käytetään vaihtojännitettä, tällainen prosessi ei ehkä pysy perässä; lisäksi käänteisen kerroksen luomista voi haitata varauksen vuotaminen (esimerkiksi tunnelointi ) eristeen läpi. Koska MOS-rakenne voi olla osa elektroniikan tärkeintä laitetta, kenttätransistoria, käänteiskerrosten tutkimisen merkitys on erittäin suuri.
Lisäksi joskus syntyy inversiokerros heterorajapintoihin useiden puolijohteiden rakenteissa, joilla on erilaiset elektroniaffiniteettienergiat ja/tai erilaiset kaistavälit .
Käänteisen kerroksen paksuus riippuu puolijohdemateriaalista, epäpuhtausatomien pitoisuudesta ja käytetyn kentän suuruudesta. Ominaisuusarvot ovat 2-5 nm. Tämä on paljon pienempi kuin tyhjennetyn alueen leveys (fraktioista mikroyksiköihin kohtuullisella dopingilla). Tyypilliset poikittaissuuntaiset sähkökenttävoimakkuudet ovat 10 6 - 10 7 V/cm, vähemmistön kantoaaltotiheydet ovat alueella 10 11 - 10 13 cm -2 .
Vähemmistökantoaaltojen liike kohtisuorassa kvantisoidaan . Potentiaalin jakautuminen käänteiskerroksessa ja sen lähellä lasketaan Schrödingerin ja Poissonin yhtälöiden itseyhtenäisellä ratkaisulla , vaikka yksinkertaistettujakin malleja on ehdotettu. Osoittautuu, että varaustiheyden maksimi siirtyy rajapinnasta noin 1 nm, ja alemman osakaistan alaosa voi olla jopa 0,5 eV:n päässä pinnanläheisessä kaivossa olevasta potentiaalienergian minimistä (se kasvaa kentän mukana) . Kvantisoinnin ansiosta tilojen tiheys pienenee kolmiulotteiseen tapaukseen verrattuna. Suoraan rajapinnan lähellä kaivo on suunnilleen kolmion muotoinen [2] .
Kvantisoinnin läsnäolo vaikuttaa merkittävästi varauksen siirtoon inversiokerrosta pitkin, liikkuvuuteen ja muihin indikaattoreihin sekä vaikuttaa myös MOS-rakenteen magneettisiin ilmiöihin.