高二物理竞赛课件：Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级

Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级2024/5/162Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级等电子陷阱在某些化合物半导体中，例如GaP中掺入V族元素N或Bi，N或Bi将取代P并在禁带中产生能级。这个能级称为等电子陷阱。这种效应称为等电子杂质效应。等电子杂质的特征与本征元素同族但不同原子序数以替位形式存在于晶体中，基本上是电中性的。2024/5/163Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级这类杂质一般不能提供电子或空穴，但在一定条件下，可以收容一个电子或一个空穴，作为电子陷阱或空穴陷阱起作用，通常称之为等电子陷阱。GaP中的NN在占据P的位置后，不会产生长程作用的库仑势，但N和P的负电性有明显的差异(分别为3.0和2.1)，因此N有较强的获得电子的倾向。或者从另一角度说，由于N和P电子结构的差异，在N中心处存在对电子的短程作用势。结果可以形成电子的束缚态(电子陷阱)。在GaP中，N能级在导带以下约10meV。显然这种杂质不是施主，也不是典型的受主，但它能收容一个电子(起受主作用）。2024/5/164Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级是否周期表中同族元素均能形成等电子陷阱呢？只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性、共价半径方面有较大差别时，才能形成等电子陷阱。一般说，同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半径越小。等电子杂质电负性(即小原子序数)大于基质晶体原子的电负性时，取代后，它便能俘获电子成为负电中心（电子陷阱）。反之，俘获空穴成为正电中心（空穴陷阱）。

存在形式替位式（等电子杂质）复合体，如Zn-O（等电子络合物）2024/5/165Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级束缚激子等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载流子，这就是束缚激子。束缚激子在由间接禁带半导体材料制造的发光器件中起主要作用。2024/5/166Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级2024/5/167Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级2024/5/1681.点缺陷点缺陷的种类：弗仑克耳缺陷：原子空位和间隙原子同时存在肖特基缺陷：晶体中只有晶格原子空位反肖特基缺陷：只有间隙原子而无原子空位点缺陷（热缺陷）特点：①热缺陷的数目随温度升高而增加②热缺陷中以肖特基缺陷为主（即原子空位为主）。③淬火后可以“冻结”高温下形成的缺陷。④退火后可以消除大部分缺陷。2024/5/169点缺陷对半导体性质的影响：1）缺陷处晶格畸变，周期性势场被破坏，致使在禁带中产生能级。2）热缺陷能级大多为深能级，在半导体中起复合中心作用，使非平衡载流子浓度和寿命降低。3）空位缺陷有利于杂质扩散4）对载流子有散射作用，使载流子迁移率和寿命降低。2024/5/1610半导体中主要的点缺陷倾向于接受电子表现为受主正离子空位带负电受主负离子空位带正电施主正离子填隙：施主负离子填隙：受主2024/5/1611GaAs的点缺陷As空位As填隙Ga空位Ga填隙反结构缺陷目前了解得较少．曾有报导As空位在价带以上0.12eV产生一受主能级，Ga空位产生两个受主能级，分别位于价带以上0.0leV和0.18eV。2024/5/16122.位错位错形成原因：晶格畸变位错种类：刃位错和螺位错导带底价带顶改变分别为：禁带宽度变化为：2024/5/16132.3缺陷、位错能级60°棱位错俘获电子受主作用失去电子施主作用2024/5/1614棱位错对半导体性能的影响：1）位错线上的悬挂键可以接受电子变为负电中心，表现为受主；悬挂键上的一个电子也可以被释放出来而变为正电中心，此时表现为施主，即不饱和的悬挂键具有双性行为，可以起受主作用，也可以起施主作用。2）位错线处晶格变形，导致能带变形3）位错线影响杂质分布