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固體中能俘獲及存儲非平衡載流子的一種點陣不完整性。起陷阱作用的點陣不完整性包括晶體缺陷及化學雜質,它們通常在帶隙中形成局域化的陷阱能級。

1 陷阱 -陷阱

 

2 陷阱 -正文

固體中能俘獲及存儲非平衡載流子的一種點陣不完整性。起陷阱作用的點陣不完整性包括晶體缺陷及化學雜質,它們通常在帶隙中形成局域化的陷阱能級。被俘獲的電子(空穴)會在陷阱位置停留一定時間直至熱激發或受紅外輻照而被重新釋放到導帶中。然後,這些電子(空穴)可按不同方式直接或間接地同電離中心或價帶(導帶)中的空穴(電子)複合。在此意義上,陷阱能級是固體帶隙中的一種亞穩能級。
  在一般半導體中雜質或缺陷(俘獲載流子)的陷阱作用主要是對固體中存在非平衡載流子的情形講的。而且只有明顯起積累非平衡載流子作用的不完整性才被認為是有效的陷阱。如果用積累在陷阱能級上的非平衡載流子濃度Δnt同導帶中的非平衡載流子濃度Δn之比來衡量陷阱作用的強弱,那末只有當Δnt與Δn相近甚至更大時,才有顯著的陷阱效應。要滿足這一陷阱條件,根據複合中心理論的分析,首先,這些能級必須具有很不相同的俘獲電子和俘獲空穴的幾率,以致在實際應用中往往只需考慮對一種載流子的俘獲而忽略另一種。而且,對一個有效的陷阱來說,更進一步要求它俘獲了電子(空穴)后便幾乎不再俘獲空穴(電子),否則,它只起複合中心的作用(見半導體物理學)。其次,要求這些能級的濃度必須同平衡載流子濃度相近或更大。據此,對於一般的半導體材料,如果電子是多數載流子(多子),儘管能級俘獲電子的幾率很大。但陷阱能級的濃度通常比多子濃度小得多,因此仍然沒有顯著的陷阱效應;如果電子是少數載流子(少子),則只要存在微量(例如 1011~1013cm-3)的陷阱能級便可滿足Δnt陷阱Δn,使大多數非平衡載流子都落入陷阱之中。所以平常遇到的大多是少子的陷阱效應。但對於發光體而言,帶隙較大,熱平衡載流子濃度小,起作用的常是多子的陷阱效應,這是動力學過程中的重要因素。
  陷阱作用的強弱還同陷阱能級的深度Et及溫度T有關。這表現為陷阱能級釋放出電子的速率依賴於因子exp(-Et/kT)。對於能級位於費密能級EF上方的陷阱,熱平衡時是空的,在非平衡條件下,這些能級愈深(即愈接近EF)對俘獲電子愈有效,Et=EF時成為最有利的陷阱能級。對於EF下方的陷阱能級,由於熱平衡時已經很滿,其陷阱作用減弱。另一方面,降低溫度也有利於這些能級起陷阱作用。溫度變化時對陷阱作用強弱的影響使得有些雜質(例如Ge中的Ni)在某一溫度下表現為陷阱在另一溫度下則成為複合中心。
  陷阱的存在往往顯著地延長從非平衡到平衡的整個弛豫過程,因而對於同這一過程有關的許多現象都有重要的影響。例如在光電導體中引入少子陷阱會使其響應速度變慢但同時提高了光電導的靈敏度;在發光現象中,陷阱的存在直接影響到發光強度的增長和衰減;長餘輝發光材料主要靠有效的陷阱及合適的深度。熱釋發光、光釋發光更是以陷阱為依據,在半導體激光器的有源區如果存在陷阱,會使得激光輸出時間延遲。
  參考書目
 黃昆、謝希德著:《半導體物理學》,科學出版社,北京,1958。
 R.A.Smith,Semiconductors, 2nd ed., Cambridge Univ.Press, London, 1978.

 

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