测量半导体中深中心分布的双相关技术

自1974年D.V.Lang[1]提出深能级瞬态谱技术(DLTS)以来,DLTS已经成为研究半导体中深能级杂质,缺陷(以下统称深中心)的物理性质的广泛使用的有效手段.例如,通过DLTS测量可以得到深中心的浓度、俘获截面、能级位置等.1977年 H.Lefeve和 M.Schulz[2]提出了双相关DLTS技术(DDLTS),采用DDLTS技术可以方便地测量半导体中深中心的分布.测量半导体中深中心的分布在许多问题中是很重要的.例如在研究辐射损伤产生的深中心问题中,如果我们测得各个能级在经过不同温度退火过程后的浓度分布,则可判明哪些能级是属于同一个深中心.又如通过测…     

GaAs,GaP中的深杂质能级

1、前言 对于半导体中深杂质能级的研究,近年来又重新活跃起来了。尤其是GaAs、GaP等发光材料中的深杂质能级,它决定发光效率的老化特性,对器件应用也很重要。同时由于深杂质能级同晶体缺陷(主要是点缺陷)之间有关系,也是表征晶体质量的参数之一。相对过去只用浅杂质浓度和迁移率来评价晶体的电学特性来说,深杂质能级的测定将会成为今后估价晶体的有力手段,因此,有必要建立可靠而简单的测量方法。 有关深杂质能级的理论研究固体物理领域中很早就进行过,但也有很多不清楚的地方。特别是有关半导体中陷阱中心的量子力学性质还很不清楚。目前还没有关于某些中心是发光还是非发光的理论论述。有关陷阱的中心理论是五十年代碱卤化物中的色心特性,特别是关于     

近代物理讲座第十讲 半导体中的能带与能级

为什么金属与绝缘休起不到半导体的作用?为什么各种半导体材料的性能有这样大的差异?要回答这些问题就需要了解半导体能带结构与金属及绝缘体有什么不同,也需要了解各种半导体的能带结构有什么特点. 不管用什么方法生长的半导体晶体,都不可能绝对纯净和完美无缺,总存在一些杂质与缺陷.杂质与缺陷会在半导体的禁带之中引入深浅不同的能级,浅能级与深能级都对半导体的性质有重要影响,但它们的性质与影响方面是很不一样的.本文扼要介绍半导体的能带结构与浅能级和深能级. 一、半导体能带结构的初步讨论 以硅为例来说明半导体能带结构的一些基本…     

GaN中与C和O有关的杂质能级第一性原理计算

用局域密度泛函线性丸盒轨道大型超原胞方法(32个原子),对纯纤锌矿结构的GaN用调节计算参数(如原子球与“空球”的占空比)在自洽条件下使Eg的计算值(323eV)接近实验值(35eV).然后以原子替代方式自洽计算杂质能级在Eg中的相对位置.模拟计算了六角结构GaN中自然缺陷以及与C和O有关的杂质能级位置,包括其复合物.计算结果表明,单个缺陷如镓空位VGa、氮空位VN、氧代替氮ON、炭代替氮CN、炭代替镓CGa等与已有的计算结果基本一致.计算结果表明杂质复合物会导致单个杂质能级位置的相对变化.计算了CNON,CGaCN,CNOV和CGaVGa,其中CNON分别具有深受主与浅施主的特征,是导致GaN黄光的一种可能的结构. 关键词： GaN 杂质能级 电子结构     

半导体中的杂质能级

分析了杂质原子在半导体中的成键情况,我们在一般能带波函数中混入部分分子型局域波函数,从而得到带有修正项的有效质量方程。在简单能带结构情况下,我们讨论了电离能与原子性质的关系,及由浅能级向深能级的转化。进而分析了由于Ge、Si中导带各极值所产生的谷轨道分裂。对浅能级,由于键间相互作用,电离能可以有相对较大的修正,但波函数却变化很小,这与电子自旋共振超精细结构的实验结果一致。 关键词：     

非破坏性研究半导体材料特性参数

测量了元素和化合物半导体单晶材料的常温、低温下的表面光电压,推导了有关计算公式,计算得出材料的少子扩散长度、深能级和表面能级位置,禁带宽度和化合物组分;由双能级复合理论,研究了少子扩散长度与深能级的关系,计算了深能级浓度和参数;计算结果与其他方法的测量实验值基本一致. 关键词：     

半导体中电子回旋共振有效质量的量子理论推导

回旋共振是半导体领域中非常重要的实验测量手段之一,它可以测量半导体材料导带底和价带顶附近的有效质量,进而确定能带极值点附近的能带结构.然而,在传统的固体物理和半导体物理教材中,在讨论回旋共振有效质量与有效质量的关系时,往往采用的是半经典物理图像,即电子在洛伦兹力作用下做回旋运动,通过解牛顿定律方程求出回旋频率进而确定回旋共振有效质量与有效质量之间的关系.本文提供了一种利用量子理论得到回旋共振有效质量的方法,并得到了与朗道能级相对应的定态波函数,适当情况下,可以据此对半导体的磁光性质进行估算.     

二维GeSe纳米片五族和七族原子掺杂的受主和施主杂质态（英文）

采用第一性原理的计算方法研究GeSe纳米片结构掺杂Ⅴ和Ⅶ族元素对其电子结构、形成能和跃迁能级的影响.结果表明:无论是掺杂Ⅴ族还是Ⅶ族元素,体系的形成能均随杂质半径的增加而增加.Ⅴ族元素掺杂体系的跃迁能级随杂质原子半径的增加而降低,而Ⅶ元素掺杂的体系却随杂质原子半径的增加而增加.其中,F、Cl、Br和I的掺杂为n型施主浅能级杂质,而N、P和As掺杂为p型受体深能级杂质.为相关的实验研究提供了理论参考.     

二维GeSe纳米片五族和七族原子掺杂的受主和施主杂质态

采用第一性原理的计算方法研究GeSe纳米片结构掺杂V和VII族元素对其电子结构、形成能和跃迁能级的影响.结果表明：无论是掺杂V族还是VII族元素,体系的形成能均随杂质半径的增加而增加.V族元素掺杂体系的跃迁能级随杂质原子半径的增加而降低,而VII元素掺杂的体系却随杂质原子半径的增加而增加.其中,F、Cl、Br和I的掺杂为n型施主浅能级杂质,而N、P和As掺杂为p型受体深能级杂质.为相关的实验研究提供了理论参考.     

集成电路中的物理问题讲座第四讲 半导体中深能级杂质缺陷与深能级瞬态谱

大家知道,不含杂质的纯半导体几乎没有什么直接的用途.为了制造半导体器件,人们总是先将半导体材料尽可能地提纯,然后用扩散、离子注入等方法将一定数量的特定杂质掺入半导体的一定部位,以控制半导体的导电类型和电阻率,再经金属蒸发等工艺,最终制成半导体器件.因此,研究杂质的性质和作用是很重要的.在半导体中,有两类性质和作用都绝然不同的杂质:一类杂质是在禁带中引入的能级与导带底或价带顶的能量差很小,远远小于禁带宽度,这类杂质称为浅杂质,它决定着半导体的导电类型与电阻率;另一类杂质在禁带中引入的能级与导带底及价带顶的能量差都…     

第一性原理计算绝缘体-金属转变临界掺杂浓度:Co重掺杂Si体系

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文旨在探索确定绝缘体-金属转变临界浓度的理论计算方法.以Co重掺杂Si为研究对象,构建并计算了10个Co不同掺杂浓度模型的晶体结构、杂质形成能及其电子性质.发现在Co掺杂Si体系的带隙中形成了杂质能级,杂质能级的位置和宽度随着Co浓度的增加呈线性变化.当Co掺杂浓度较高时杂质形成能逐渐稳定,且杂质能级穿过费米能级使体系表现出金属性.综合杂质形成能的变化趋势,以及杂质能级极小值与费米能级间的距离条件,可预测出发生绝缘体-金属转变的Co掺杂浓度为2.601Wingdings 2MC@10~(20) cm~(-3),与实验结果相一致.上述两条依据应用于S重掺杂Si体系和Se重掺杂Si体系同样成立.     

深能级瞬态谱仪

一、引 言 众所周知,如果在半导体中存在着某些杂质或缺陷,相应地在半导体的禁带中就出现一些能级.离开导带底较远或者离开价带顶较远的能级,都称为深能级.深能级的存在对于半导体的电学、光学和热学性质都有深刻的影响.对二极管和晶体管的开关特性与击穿特性,对发光二极管及半     

高纯锗中浅受主的光热电离光谱

在液氦温度附近, 运用傅里叶变换光谱以及与之相连的磁光光谱系统, 对室温电阻率约为50Ω·cm的p型高纯锗样品进行了高灵敏度的光热电离光谱的研究.从实验上确定了高纯锗样品中浅杂质光热电离的最佳温度范围, 在该温度范围内测量了样品的光热电离光谱, 指出该样品中主要杂质为浅受主硼与铝. 对杂质谱线发生分裂的两种原因, 补偿性杂质导致的快速复合以及随机应力等, 进行了分析讨论. 关键词： 高纯锗 光热电离光谱 元素半导体中的杂质和缺陷能级     

GaN中的缺陷与杂质

GaN是一种新型的宽禁带半导体兰色发光与激光材料。GaN中的缺陷和杂质对于材料的电学输运特性和发光性能有着至关重要的影响。本文综述了近年来对于GaN中缺陷和杂质的理论与实验研究。包括对天然缺陷与非特意性掺杂的研究,以及对离子注入所产生的缺陷与深能级的研究。     

镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

石墨烯及其掺杂量子点的荧光性能研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,研究了石墨烯量子点的本征结构、边缘位置掺B、中间位置掺B、边缘位置掺N、中间位置掺N五种结构的电子结构和光学性质.结果表明,石墨烯量子点的激发能吸收主体是基质,杂质原子的掺入会导致禁带宽度变窄,费米能级升高,发射光谱红移,其中给电子体杂质会导致LUMO能级和HOMO能级升高,受电子体杂质会导致LUMO能级升高,HOMO能级降低.中间位置掺杂相对于边缘位置掺杂红移更明显.     

应力下MnGa合金体电子性质及磁性质的研究

采用密度泛函理论方法系统研究分析了四方结构MnGa合金体在a轴1GPa应力下的结构、形成、电子性质和磁性质.结果表明,应力下MnGa合金a, b轴晶格参数增大,c轴晶格参数减小,三轴夹角有偏离90°的趋势,晶胞体积增大. Mn-Ga不成键,Mn-Mn之间的强键作用进一步增强,Ga-Ga之间的强键作用消失. Mn-Mn结合键长和Ga-Ga结合键长均减小,而Mn-Ga间距增大,排斥作用减弱.应力下MnGa合金形成焓由-4.85 eV减小到-5.4 eV,其更容易生成.应力下其能带整体向下移动,导带和浅能级价带分布较宽,有效质量较小;深能级价带分布较窄,有效质量较大.自旋向下的电子能带没有带隙,自旋向上的电子能带有0.26 eV的间接带隙. s电子和p电子主要形成导带和浅能级价带,自旋极化较弱,d电子主要形成深能级价带,定域性和自旋极化最强.两种占位的Ga具有近乎相同的电子形态,Ga的s电子和Ga的p电子产生较明显的自旋极化,形成弱的磁性,Ga的d电子主要贡献深能级处的态密度,基本不贡献磁性质.两种占位的Mn主要贡献费米能处的态密度,Mn的d电子自旋极化最强,在费米能级下方Mn1自旋向下的电...     

石墨烯及其掺杂量子点的荧光性能研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法，研究了石墨烯量子点的本征结构、边缘位置掺B、中间位置掺B、边缘位置掺N、中间位置掺N五种结构的电子结构和光学性质.结果表明，石墨烯量子点的激发能吸收主体是基质，杂质原子的掺入会导致禁带宽度变窄，费米能级升高，发射光谱红移，其中给电子体杂质会导致LUMO能级和HOMO能级升高，受电子体杂质会导致LUMO能级升高，HOMO能级降低.中间位置掺杂相对于边缘位置掺杂红移更明显.     

过渡金属掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面的改性

采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对过渡金属Fe,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag和Au的中性原子在锐钛矿TiO_2(101)面上的掺杂改性开展了系统深入的理论研究.通过比较分析锐钛矿TiO_2(101)面掺杂前后的几何结构、电子结构和光学性质等,揭示了宏观催化活性与电子结构、光电子特性之间的关联.结果表明:过渡金属掺杂能减小禁带宽度或引入杂质能级,从而提高TiO_2(101)面的可见光响应;杂质能级通常位于禁带内,这主要是由过渡金属原子的d电子态贡献形成的;不同过渡金属掺杂的TiO_2(101)面具有不同的光催化性能,这与掺杂后的禁带宽度、费米能级位置、杂质能级的形成位置以及过渡金属原子的最外层电子排布等有关.本研究为TiO_2光催化剂结构设计与改性提供了指导性参考,并有利于加深人们对其他材料的过渡金属掺杂的理解.     

低温光致发光研究硅单晶中杂质和缺陷

用低温光致发光技术,研究了硅单晶中浅能级杂质和热处理引进的缺陷,得到各种浓度掺棚和掺磷的硅的光致发光光渚,并作出了相应的定量分析.实验中已探测到的硼的浓度低达5×10~(11)cm~(-3).观察了光致发光强度与激发光强度的关系,还用光致发光技术分析了450℃附近热处理引进的热施主的行为.结果表明,低温光致发光可以作为测量高纯半导体单晶硅中微量杂质硼和磷的含量及分析热处理硅单晶中的缺陷的有效手段.