第17卷第3期1998年3月大学物理COLL EGE PHYSICS浅析陷阱和复合中心与能级位置的关系周亚训(宁波大竽物理系，浙江宁波315211)①摘要利用单一能级复合中心理论，分析了杂质和缺陷作为陷阱和复合中心与能级位置的依赖关系.关键词 杂质;缺陷;陷阱汝合中心分类号0 4741引言半导体内杂质和缺陷的存在，使严格按周期性排 列的原子产生的周期性势场受到破坏，从而在半导体 禁带内引入允许电子具有的能量状态即能级.这些弄 质和缺陷能级对半导体非平衡载流子有着重要作用 它们既可以自由地和导带及价带交换电子，即为电子 从导带至价带提供一个通道起到复合中心的作用，也 可以只是自由地和导带或只是自由地和价带交换电子 起到陷阱的作用.主要起哪种作用依赖于该能级在契 带中的位置.一般半导体物理教材对此未作讨论，本汶 对此作一浅析.2能级与导带和价带交换电子的动力学过程本文仅考虑单杂质和缺陷能级与导带和价带交换 电子的动力学过程，如图1所示.相对能级E而言，存 在四个微观过程：其中上为电子俘获系数，〃为导带电子浓度，M为杂 质态浓度为杂质态上电子浓度.B. 发射电子过程.能级上电子被激发到导带，电 于激发率(b) =s. fit (2)其中S-为电子激发概率,表示为$- 二。
1为费米 能级&与杂质态能级旧重合时导带的平衡电子浓 度.C. 俘获空穴过程.能级从价带俘获空穴(即电子 从能级&落入到价带与空穴复合)，空穴俘获率(c) = rp pnt (3)其中年为空穴俘获系数，P为价带空穴浓度.D. 发射空穴过程.能级上空穴被激发到价带(即价带上电子激发到能级Ft)，空穴激发率(d) = $ + (M - (4)其中“为空穴激发概率,表示为"=rpP1,P1为费米 能级E与杂质态能级&重合时价带的平衡空穴浓 度.在稳定条件下,A B C D四个微观过程处于一种 动态平衡获态，它们保持着导带上电子杂质态能级上如果电千激发率加小十空六俘狄率，就足复合中心，即v rp pn{ (6)定义电子陷阱与复合中心的分界能级为On,电子在该 能级上与空穴复合的概率与被热激发进入导带的概率 相同，即 0P如 (7)代入得到/)n =辟 + R 7111( rp p/ /-n n) (8)显然在Dn与氏(导带底)之间，杂质或缺陷能级主要 起电子陷阱作用，在队与&(价带顶)之间能级主要 起复合中心作用.同理作为空穴陷阱,应该满足能级Et向价带激发 空穴的激发率远大于能级从导带俘获电子的电子俘获 率，即fp ( Nt -地)p{ p 上 〃(Ni ・ () (9)如果空穴激发率远小于电子俘获率，就是复合中心，即 -p(Nt・ nt) pi v /„ n( N{ - (10)定义空穴陷阱与复合中心的分界能级为Op，空穴在该 能级上与电子复合的概率与被热激发进入价带的概率 相同，即/p ( M ・地)pi = rn n( N{- t) (11)得到Dp = f + kT\n( rp p/ rn n) (12)结合半导体物理教材矢十最伺双复合中心和陷阱 的能级位置，可以得到在单能级近似下杂质和缺陷作 为陷阱和复合中心与能级位置的定性关系.1) 在Dn与 氏之间，杂质或缺陷能级主要起电子 陷阱作用；在劣与&之间，杂质或缺陷能级主要起空 穴陷阱作用・当杂质或缺陷能级与平衡费米能级重€ 时成为最有效的电子或空穴陷阱.2) 在Dn与Dp之间，杂质或缺陷能级主要起复€ 中心作用：被电子占据的杂质或缺陷能级主要作用是 俘获空穴，被空穴占据的杂质或缺陷能级主要作用髭 俘获电子.当杂质或缺陷能级接近于本征费米能级肘 成为最有效的复合中心.上面的结论是基于最简单的情况即单能级近似T 得到的，考虑到一部分杂质(尤其是深能级杂质)由亍 多次电离往往在禁带中引入一个以上的能级，这些疑 级可以同时参与陷阱和复合过程，因此陷阱和复合封 程的实际情况远要复杂・5参考文献I刘恩科，朱秉升，罗晋生等.半导体物理学.第4版.北京: 国防工业出版社J9942应根裕.光电导物理及其应用.北京：电子工业出版社, 1990A SIMPLE ANALYSIS OF THE DEPENDENCE OF TRAP ANDRECOMBINATION CENTER ON THE LEVEL POSITIONZhou Yaxun(Department of Physics , Ningbo University , Zliejiang , 315211 , China)Abstract According to the theory of one - level recombination center , a simple analysis of the re2 lations between the trap recombination center and the level position is given.Key words dopant; defect; trap ; recombination center。