[科普中國(guó)]-等電子中心

等電子中心是半導(dǎo)體中的一種深能級(jí)雜質(zhì)所產(chǎn)生的一種特殊的束縛狀態(tài)。能夠產(chǎn)生等電子中心的雜質(zhì)稱為等電子雜質(zhì)，它們都是與所取代的基體原子具有相同價(jià)電子數(shù)目的一類雜質(zhì)；它們一般不是電活性的，在半導(dǎo)體中不應(yīng)產(chǎn)生能級(jí)狀態(tài)，不過實(shí)際上有時(shí)在禁帶中可產(chǎn)生出能夠起陷阱作用的深能級(jí)，故又稱等電子中心為等電子陷阱。

名稱**Isoelectronic center****，**等電子中心

簡(jiǎn)介（1）基本概念：

等電子雜質(zhì)在半導(dǎo)體中能夠產(chǎn)生等電子陷阱的原因，就在于雜質(zhì)原子與基體原子的電負(fù)性不同（雖然其價(jià)電子數(shù)目相同）。例如，對(duì)于GaP半導(dǎo)體中的N和Bi雜質(zhì)，由于N、P、Bi的電負(fù)性分別為3.0、2.1、1.9，當(dāng)雜質(zhì)N取代晶格上的P之后，N比P有更強(qiáng)的獲得電子的傾向，則可吸引一個(gè)導(dǎo)帶的電子而成為負(fù)離子——電子陷阱；當(dāng)雜質(zhì)Bi取代晶格上的P之后，Bi比P有更強(qiáng)的給出電子的傾向，則可吸引價(jià)帶的一個(gè)空穴而成為正離子——空穴陷阱。這種等電子雜質(zhì)不會(huì)象施主和受主那樣，產(chǎn)生長(zhǎng)程作用的Coulomb勢(shì)，但卻存在有由核心力引起的短程作用勢(shì)，從而可形成載流子的束縛態(tài)——陷阱能級(jí)1。

（2）等電子雜質(zhì)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(luò)合物：Zn和Ga同時(shí)加入GaP或GaAs1-xPx中，當(dāng)Zn取代Ga原子、O取代P原子、而且這兩個(gè)雜質(zhì)原子處于相鄰格點(diǎn)時(shí)，即形成一個(gè)電中性的Zn-O復(fù)合體 (因?yàn)閆n比Ga陽性強(qiáng), O比P陰性強(qiáng), 故Zn-O結(jié)合要強(qiáng)于Zn-P結(jié)合和Ga -O結(jié)合, 從而可形成Zn-O絡(luò)合物; 由于Zn-O復(fù)合體的總價(jià)電子數(shù)目正好等于所取代的Ga和P的價(jià)電子數(shù)之和, 故Zn-O復(fù)合體在晶體中是電中性的)。但是由于Zn-O復(fù)合體與GaP在性質(zhì)上的差別, 特別是O的電負(fù)性比P的電負(fù)性大, 故Zn-O復(fù)合體可以俘獲一個(gè)電子而呈現(xiàn)為陷阱——等電子陷阱，該復(fù)合體所俘獲的電子的電離能是[EC－0.30eV]，這也就是所產(chǎn)生的陷阱能級(jí)的深度。（O、P、Zn、Ga的電負(fù)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復(fù)合體在GaP或GaAs1-xPx發(fā)光二極管中可提高其發(fā)光效率。因?yàn)榈入娮酉葳逶诜@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(gè)符號(hào)相反的載流子, 結(jié)果相當(dāng)于有一對(duì)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(yùn)動(dòng)的自由激子不同，它僅被局限在很小的范圍內(nèi)，則具有比較大的復(fù)合幾率，而且有尖銳的發(fā)光譜線，所以可提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)