[科普中国]-杂质能级

杂质能级是指半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态,称为杂质能级。

释义半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态，称为杂质能级。对于杂质和主晶格原子价电子相差1的施（受）主杂质，它们的离化能很小，通常只有十几～几十毫电子伏，在常温下就能电离而向导带（价带）提供电子（空穴），自身成为带正（负）电的电离施（受）主，通常称这些杂质能级为施（受）主能级1。

应用和主晶格原子的价电子相差大于1的杂质，在半导体中形成的杂质能级一般离导带底或价带顶较远，它们的施主或受主作用一般不明显，通常称这些杂质能级为深能级。靠近禁带中央的深能级往往是有效的复合中心，能促进非平衡载流子的复合，对半导体的光电和发光性能起重要作用2。

杂质与连续带间的跃迁与杂质有关的光跃迁，除了局限在中心内部的跃迁，还可能有杂质能级与连续带之间的跃迁。这一跃迁在半导体材料中扮演了相当重要的角色，参与到光的吸收与发射，载子的俘获与释放，无辐射弛豫等各种过程，对材料的光电特性有重要影响。这一光跃迁所涉及的电子态的初末态，有一个是连续带（通常是导带或价带）中的状态，其波函数用波矢为k的布洛赫波描述。而另一个态是杂质中心的束缚态，人们关心的主要是处在禁带中的这类状态。显然，这类局域状态没有确定的波矢。

这种通过杂质中心的跃迁也是带间激发产生的电子空穴的有效复合途径。

一般来说，杂质能级的状态或波函数依赖于基质-杂质体系的具体情况，相关的光跃迁也同样随系统的不同，而有不同的特点。下面我们主要讨论在半导体材料中起很重要作用的浅杂质中心与能带间的光跃迁。如前所述，对浅杂质能级，可以用有效质量近似，较好的描述其电子态3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学