雜質能級

雜質能級是指半導體材料中的雜質使嚴格的周期性勢場受到破壞，從而有可能產生能量在帶隙中的局域化電子態,稱為雜質能級。

基本介紹

• 中文名：雜質能級
• 外文名：Impurity level
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

釋義

半導體材料中的雜質使嚴格的周期性勢場受到破壞，從而有可能產生能量在帶隙中的局域化電子態，稱為雜質能級。對於雜質和主晶格原子價電子相差1的施（受）主雜質，它們的離化能很小，通常只有十幾～幾十毫電子伏，在常溫下就能電離而嚮導帶（價帶）提供電子（空穴），自身成為帶正（負）電的電離施（受）主，通常稱這些雜質能級為施（受）主能級。

套用

和主晶格原子的價電子相差大於1的雜質，在半導體中形成的雜質能級一般離導帶底或價帶頂較遠，它們的施主或受主作用一般不明顯，通常稱這些雜質能級為深能級。靠近禁帶中央的深能級往往是有效的複合中心，能促進非平衡載流子的複合，對半導體的光電和發光性能起重要作用。

雜質與連續帶間的躍遷

與雜質有關的光躍遷，除了局限在中心內部的躍遷，還可能有雜質能級與連續帶之間的躍遷。這一躍遷在半導體材料中扮演了相當重要的角色，參與到光的吸收與發射，載子的俘獲與釋放，無輻射弛豫等各種過程，對材料的光電特性有重要影響。這一光躍遷所涉及的電子態的初末態，有一個是連續帶（通常是導帶或價帶）中的狀態，其波函式用波矢為k的布洛赫波描述。而另一個態是雜質中心的束縛態，人們關心的主要是處在禁帶中的這類狀態。顯然，這類局域狀態沒有確定的波矢。

這種通過雜質中心的躍遷也是帶間激發產生的電子空穴的有效複合途徑。 

一般來說，雜質能級的狀態或波函式依賴於基質-雜質體系的具體情況，相關的光躍遷也同樣隨系統的不同，而有不同的特點。下面我們主要討論在半導體材料中起很重要作用的淺雜質中心與能帶間的光躍遷。如前所述，對淺雜質能級，可以用有效質量近似，較好的描述其電子態。