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等電子中心,是半導體中的一種深能級雜質所產生的一種特殊的束縛狀態。

  Isoelectronic center等電子中心


  (1)基本概念:


  等電子中心是半導體中的一種深能級雜質所產生的一種特殊的束縛狀態。能夠產生等電子中心的雜質稱為等電子雜質,它們都是與所取代的基體原子具有相同價電子數目的一類雜質;它們一般不是電活性的,在半導體中不應產生能級狀態,不過實際上有時在禁帶中可產生出能夠起陷阱作用的深能級,故又稱等電子中心為等電子陷阱。等電子雜質在半導體中能夠產生等電子陷阱的原因,就在於雜質原子與基體原子的電負性不同(雖然其價電子數目相同)。例如,對於GaP半導體中的N和Bi雜質,由於N、P、Bi的電負性分別為3.0、2.1、1.9,當雜質N取代晶格上的P之後,N比P有更強的獲得電子的傾向,則可吸引一個導帶的電子而成為負離子——電子陷阱;當雜質Bi取代晶格上的P之後,Bi比P有更強的給出電子的傾向,則可吸引價帶的一個空穴而成為正離子——空穴陷阱。這種等電子雜質不會象施主和受主那樣,產生長程作用的Coulomb勢,但卻存在有由核心力引起的短程作用勢,從而可形成載流子的束縛態——陷阱能級。


  (2)等電子雜質舉例:


  ①等電子元素:Si中的C,GaP中的N或Bi,GaAs1-xPx中的N,ZnTe中的O,CdS中的Te。


  ②等電子絡合物:Zn和Ga同時加入GaP或GaAs1-xPx中,當Zn取代Ga原子、O取代P原子、而且這兩個雜質原子處於相鄰格點時,即形成一個電中性的Zn-O複合體 (因為Zn比Ga陽性強, O比P陰性強, 故Zn-O結合要強於Zn-P結合和Ga -O結合, 從而可形成Zn-O絡合物; 由於Zn-O複合體的總價電子數目正好等於所取代的Ga和P的價電子數之和, 故Zn-O複合體在晶體中是電中性的)。但是由於Zn-O複合體與GaP在性質上的差別, 特別是O的電負性比P的電負性大, 故Zn-O複合體可以俘獲一個電子而呈現為陷阱——等電子陷阱,該複合體所俘獲的電子的電離能是[EC-0.30eV],這也就是所產生的陷阱能級的深度。(O、P、Zn、Ga的電負性分別為3.5、2.1、1.6、1.6。)


  (3)等電子陷阱的作用:


  N和Zn-O複合體在GaP或GaAs1-xPx發光二極體中可提高其發光效率。因為等電子陷阱在俘獲載流子后將成為帶電中心, 這又可以通過Coulomb作用而俘獲另外一個符號相反的載流子, 結果相當於有一對電子-空穴被帶電中心所束縛, 從而形成所謂束縛激子;這種束縛激子與在晶體中能夠作公有化運動的自由激子不同,它僅被局限在很小的範圍內,則具有比較大的複合幾率,而且有尖銳的發光譜線,所以可提高發光二極體的發光效率。

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