[科普中国]-等电子中心

等电子中心是半导体中的一种深能级杂质所产生的一种特殊的束缚状态。能够产生等电子中心的杂质称为等电子杂质，它们都是与所取代的基体原子具有相同价电子数目的一类杂质；它们一般不是电活性的，在半导体中不应产生能级状态，不过实际上有时在禁带中可产生出能够起陷阱作用的深能级，故又称等电子中心为等电子陷阱。

名称**Isoelectronic center****，**等电子中心

简介（1）基本概念：

等电子杂质在半导体中能够产生等电子陷阱的原因，就在于杂质原子与基体原子的电负性不同（虽然其价电子数目相同）。例如，对于GaP半导体中的N和Bi杂质，由于N、P、Bi的电负性分别为3.0、2.1、1.9，当杂质N取代晶格上的P之后，N比P有更强的获得电子的倾向，则可吸引一个导带的电子而成为负离子——电子陷阱；当杂质Bi取代晶格上的P之后，Bi比P有更强的给出电子的倾向，则可吸引价带的一个空穴而成为正离子——空穴陷阱。这种等电子杂质不会象施主和受主那样，产生长程作用的Coulomb势，但却存在有由核心力引起的短程作用势，从而可形成载流子的束缚态——陷阱能级1。

（2）等电子杂质举例：

①等电子元素：Si中的C，GaP中的N或Bi，GaAs1-xPx中的N，ZnTe中的O，CdS中的Te。

②等电子络合物：Zn和Ga同时加入GaP或GaAs1-xPx中，当Zn取代Ga原子、O取代P原子、而且这两个杂质原子处于相邻格点时，即形成一个电中性的Zn-O复合体 (因为Zn比Ga阳性强, O比P阴性强, 故Zn-O结合要强于Zn-P结合和Ga -O结合, 从而可形成Zn-O络合物; 由于Zn-O复合体的总价电子数目正好等于所取代的Ga和P的价电子数之和, 故Zn-O复合体在晶体中是电中性的)。但是由于Zn-O复合体与GaP在性质上的差别, 特别是O的电负性比P的电负性大, 故Zn-O复合体可以俘获一个电子而呈现为陷阱——等电子陷阱，该复合体所俘获的电子的电离能是[EC－0.30eV]，这也就是所产生的陷阱能级的深度。（O、P、Zn、Ga的电负性分别为3.5、2.1、1.6、1.6。）

（3）等电子陷阱的作用：

N和Zn-O复合体在GaP或GaAs1-xPx发光二极管中可提高其发光效率。因为等电子陷阱在俘获载流子后将成为带电中心, 这又可以通过Coulomb作用而俘获另外一个符号相反的载流子, 结果相当于有一对电子-空穴被带电中心所束缚, 从而形成所谓束缚激子；这种束缚激子与在晶体中能够作公有化运动的自由激子不同，它仅被局限在很小的范围内，则具有比较大的复合几率，而且有尖锐的发光谱线，所以可提高发光二极管的发光效率2。

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学