陷阱

相关tags:

[外文]：trap

固体中能俘获及存储非平衡载流子的一种点阵不完整性。起陷阱作用的点阵不完整性包括晶体缺陷及化学杂质，它们通常在带隙中形成局域化的陷阱能级。被俘获的电子（空穴）会在陷阱位置停留一定时间直至热激发或受红外辐照而被重新释放到导带中。然后，这些电子（空穴）可按不同方式直接或间接地同电离中心或价带（导带）中的空穴（电子）复合。在此意义上，陷阱能级是固体带隙中的一种亚稳能级。

在一般半导体中杂质或缺陷（俘获载流子）的陷阱作用主要是对固体中存在非平衡载流子的情形讲的。而且只有明显起积累非平衡载流子作用的不完整性才被认为是有效的陷阱。如果用积累在陷阱能级上的非平衡载流子浓度Δn_t同导带中的非平衡载流子浓度Δn之比来衡量陷阱作用的强弱，那末只有当Δn_t与Δn相近甚至更大时，才有显著的陷阱效应。要满足这一陷阱条件，根据复合中心理论的分析，首先，这些能级必须具有很不相同的俘获电子和俘获空穴的几率，以致在实际应用中往往只需考虑对一种载流子的俘获而忽略另一种。而且，对一个有效的陷阱来说，更进一步要求它俘获了电子(空穴)后便几乎不再俘获空穴(电子)，否则，它只起复合中心的作用（见半导体物理学）。其次，要求这些能级的浓度必须同平衡载流子浓度相近或更大。据此，对于一般的半导体材料，如果电子是多数载流子(多子)，尽管能级俘获电子的几率很大。但陷阱能级的浓度通常比多子浓度小得多，因此仍然没有显著的陷阱效应；如果电子是少数载流子（少子），则只要存在微量（例如 10¹¹～10¹³cm^-3）的陷阱能级便可满足Δn_tΔn，使大多数非平衡载流子都落入陷阱之中。所以平常遇到的大多是少子的陷阱效应。但对于发光体而言，带隙较大，热平衡载流子浓度小，起作用的常是多子的陷阱效应，这是动力学过程中的重要因素。

陷阱作用的强弱还同陷阱能级的深度 E_t 及温度T有关。这表现为陷阱能级释放出电子的速率依赖于因子exp(-E_t/kT)。对于能级位于费密能级E_F上方的陷阱，热平衡时是空的，在非平衡条件下，这些能级愈深（即愈接近E_F）对俘获电子愈有效，E_t=E_F时成为最有利的陷阱能级。对于E_F下方的陷阱能级，由于热平衡时已经很满，其陷阱作用减弱。另一方面，降低温度也有利于这些能级起陷阱作用。温度变化时对陷阱作用强弱的影响使得有些杂质（例如Ge中的Ni）在某一温度下表现为陷阱在另一温度下则成为复合中心。

陷阱的存在往往显著地延长从非平衡到平衡的整个弛豫过程，因而对于同这一过程有关的许多现象都有重要的影响。例如在光电导体中引入少子陷阱会使其响应速度变慢但同时提高了光电导的灵敏度；在发光现象中，陷阱的存在直接影响到发光强度的增长和衰减；长余辉发光材料主要靠有效的陷阱及合适的深度。热释发光、光释发光更是以陷阱为依据，在半导体激光器的有源区如果存在陷阱，会使得激光输出时间延迟。

参考书目

1. 黄昆、谢希德著：《半导体物理学》，科学出版社，北京，1958。
2. R.A.Smith， Semiconductors， 2nd ed.， Cambridge Univ.Press， London， 1978.