Inverzní vrstva (také: inverzní vrstva nebo inverzní oblast ) - oblast v polovodiči blízko jeho povrchu nebo spojení s jiným materiálem, jejíž vodivost je určena koncentrací vedlejších nosičů náboje polovodiče. K vytvoření a udržení existence takové oblasti je zapotřebí elektrické pole, jehož parametry se mění se změnami vnějšího napětí a podmínek (teplota, intenzita světla). Inverzní vrstva je vytvořena například v izolovaném hradlovém tranzistoru s efektem pole , kde funguje jako kanál pro proudění mezi zdrojem a kolektorem. Typická tloušťka této vrstvy je několik nanometrů.
Podle GOST 15133-77 [1] je inverzní vrstva definována jako
vrstva v blízkosti povrchu polovodiče, ve které se druh elektrické vodivosti liší od typu elektrické vodivosti v převážné části polovodiče v důsledku přítomnosti elektrického pole povrchových stavů, vnějšího elektrického pole v blízkosti povrchu, popř. kontaktní pole potenciálního rozdílu.
Nejčastěji studovaná je inverzní vrstva ve struktuře MOS (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor), která vzniká nanesením dostatečně vysoké statické inverze („+“ na kov v případě substrátu typu p , viz. pásmová schémata vpravo, nebo „-“ na kov pro n-substrát , viz obrázek výše) napětí. Tento režim činnosti struktury MOS se nazývá režim inverze. Menšinové nosiče jsou generovány v oblasti vyčerpání a hromadí se blízko povrchu, dokud není ustavena rovnováha. Při použití střídavého napětí nemusí takový proces „držet krok“; kromě toho může být vytvoření inverzní vrstvy bráněno únikem (například tunelováním ) náboje přes dielektrikum. Protože struktura MOS může být součástí tranzistoru s efektem pole, nejdůležitějšího zařízení v elektronice, důležitost studia inverzních vrstev je extrémně vysoká.
Navíc se někdy vytváří inverzní vrstva na heterointerfacech ve strukturách několika polovodičů s různou energií elektronové afinity a/nebo různou mezerou v pásmu .
Tloušťka inverzní vrstvy závisí na polovodičovém materiálu, koncentraci atomů nečistot a velikosti aplikovaného pole. Charakteristické hodnoty jsou 2–5 nm. To je mnohem menší než šířka ochuzené oblasti (od zlomků po jednotky mikronů s mírným dotováním). Typické intenzity příčného elektrického pole jsou 10 6 -10 7 V/cm, hustoty menšinových nosičů leží v rozmezí 10 11 - 10 13 cm -2 .
Pohyb menšinových nosičů v kolmém směru je kvantován . Rozložení potenciálu v inverzní vrstvě a v její blízkosti je vypočítáno samokonzistentním řešením Schrödingerovy a Poissonovy rovnice , i když byly navrženy i zjednodušené modely. Ukazuje se, že maximum hustoty náboje je posunuto od rozhraní asi o 1 nm a spodní část spodního subpásma může být až 0,5 eV vzdálena od minima potenciální energie v blízkém povrchu (zvyšuje se s polem) . Díky kvantizaci je hustota stavů snížena ve srovnání s trojrozměrným případem. Přímo v blízkosti rozhraní je studna přibližně trojúhelníková [2] .
Přítomnost kvantizace významně ovlivňuje přenos náboje po inverzní vrstvě, pohyblivost a další indikátory a ovlivňuje také magnetické jevy ve struktuře MOS.