無(wú)機(jī)材料化學(xué)(第6講)

1、2.7.4 半導(dǎo)體晶體中的摻雜缺陷半導(dǎo)體晶體中的摻雜缺陷電子缺陷電子缺陷（1 1）固體的能帶結(jié)構(gòu)）固體的能帶結(jié)構(gòu)根據(jù)能帶理論，當(dāng)原子或離子緊密堆積形成晶體時(shí)，外層根據(jù)能帶理論，當(dāng)原子或離子緊密堆積形成晶體時(shí)，外層價(jià)電子是離域的，所有的價(jià)電子歸整個(gè)晶格的原子所共有。價(jià)電子是離域的，所有的價(jià)電子歸整個(gè)晶格的原子所共有。解定態(tài)薛定格方程得出兩條重要結(jié)論：解定態(tài)薛定格方程得出兩條重要結(jié)論：根據(jù)電子占據(jù)情況能帶分為：根據(jù)電子占據(jù)情況能帶分為： 滿帶滿帶：由充滿電子的能級(jí)構(gòu)：由充滿電子的能級(jí)構(gòu)成，能量較低；成，能量較低； 導(dǎo)帶導(dǎo)帶：由未充滿電子的能級(jí)：由未充滿電子的能級(jí)構(gòu)成，能量較高；構(gòu)成，能量較高； 空

2、帶空帶：由未填電子的能級(jí)構(gòu)：由未填電子的能級(jí)構(gòu)成，能量較高；成，能量較高； 禁帶禁帶：滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底之間：滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底之間的能量間隔。的能量間隔。 能帶結(jié)構(gòu)及導(dǎo)體、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)及導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的劃分和絕緣體的劃分對(duì)半導(dǎo)體，滿帶亦稱價(jià)帶，對(duì)半導(dǎo)體，滿帶亦稱價(jià)帶， 空帶亦稱導(dǎo)帶?？諑б喾Q導(dǎo)帶。吸收波長(zhǎng)吸收波長(zhǎng)514nm滿滿 帶帶導(dǎo) 帶h Eg=2.42eVCdS半導(dǎo)體半導(dǎo)體滿帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶后滿帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶后, 滿帶中出現(xiàn)滿帶中出現(xiàn)空的電子能級(jí)，空的電子能級(jí)，稱為稱為“空穴空穴” 。這相當(dāng)這相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子。電子和空穴總是成對(duì)電子和空穴總是

3、成對(duì)產(chǎn)生或成對(duì)復(fù)合產(chǎn)生或成對(duì)復(fù)合激子：電子激子：電子-空穴對(duì)空穴對(duì)導(dǎo)帶導(dǎo)帶滿帶滿帶在外電場(chǎng)作用下，在外電場(chǎng)作用下，滿帶中空穴下面能滿帶中空穴下面能級(jí)上的電子躍遷到級(jí)上的電子躍遷到空穴上空穴上, 相當(dāng)于空相當(dāng)于空穴向下躍遷，形成穴向下躍遷，形成電流。電流。 Eg關(guān)于空穴導(dǎo)電關(guān)于空穴導(dǎo)電 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：半導(dǎo)體性質(zhì)是由電子從滿帶激發(fā)到導(dǎo)帶而：半導(dǎo)體性質(zhì)是由電子從滿帶激發(fā)到導(dǎo)帶而 產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。載流子：電子和空穴載流子：電子和空穴。高純半導(dǎo)體在較高溫度時(shí)，才具有本征半導(dǎo)體的性質(zhì)。高純半導(dǎo)體在較高溫度時(shí)，才具有本征半導(dǎo)體的性質(zhì)。 雜質(zhì)半導(dǎo)體：雜質(zhì)半導(dǎo)體：半導(dǎo)體性質(zhì)因摻入雜質(zhì)產(chǎn)生電子或空穴而半導(dǎo)

4、體性質(zhì)因摻入雜質(zhì)產(chǎn)生電子或空穴而 產(chǎn)生。其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)與本征半導(dǎo)體不同。產(chǎn)生。其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)與本征半導(dǎo)體不同。 載流子：電子（載流子：電子（n-型）或空穴（型）或空穴（p-型）型）。 實(shí)際使用的半導(dǎo)體都是摻雜的，摻雜不僅可增加實(shí)際使用的半導(dǎo)體都是摻雜的，摻雜不僅可增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并且可通過(guò)控制摻入雜質(zhì)原子的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并且可通過(guò)控制摻入雜質(zhì)原子的種類和數(shù)量形成不同類型的半導(dǎo)體。種類和數(shù)量形成不同類型的半導(dǎo)體。（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）雜質(zhì)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與本征半導(dǎo)體相比，雜質(zhì)半導(dǎo)體中除了具有與能帶與本征半導(dǎo)體相比，雜質(zhì)半導(dǎo)體中除了具有與能帶相對(duì)應(yīng)的電子共有化狀態(tài)外，還相對(duì)應(yīng)的電子

5、共有化狀態(tài)外，還存在一定數(shù)目的束縛狀態(tài)存在一定數(shù)目的束縛狀態(tài)的電子的電子，這些電子是由雜質(zhì)引起的，并為雜質(zhì)所束縛，如，這些電子是由雜質(zhì)引起的，并為雜質(zhì)所束縛，如同一般電子為原子核所束縛的情況一樣，同一般電子為原子核所束縛的情況一樣，束縛電子也具有束縛電子也具有確定的能級(jí)確定的能級(jí)。這種能級(jí)處于禁帶中間，對(duì)雜質(zhì)半導(dǎo)體的性。這種能級(jí)處于禁帶中間，對(duì)雜質(zhì)半導(dǎo)體的性質(zhì)起著決定作用。質(zhì)起著決定作用。 （1）把）把VA元素（如元素（如P、As）摻入硅單晶中）摻入硅單晶中 正電荷中心束縛電子正電荷中心束縛電子像磷這樣像磷這樣能給出電子的雜質(zhì)，能給出電子的雜質(zhì)，稱為稱為施主（雜質(zhì)），施主（雜質(zhì)），這類缺陷稱為

6、這類缺陷稱為施主缺陷，施主缺陷，摻有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體又稱為摻有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體又稱為n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，載流子是電子載流子是電子，也稱為也稱為電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體。 ( PSi ) 禁帶中出現(xiàn)施主能級(jí)禁帶中出現(xiàn)施主能級(jí)導(dǎo)導(dǎo) 帶帶滿滿 帶帶施主能級(jí)施主能級(jí)EgED量子力學(xué)表明，摻雜后量子力學(xué)表明，摻雜后多余的電多余的電子的能級(jí)子的能級(jí)（施主能級(jí)）在禁帶中（施主能級(jí)）在禁帶中緊靠導(dǎo)帶處緊靠導(dǎo)帶處, ED10-2eV，電子容易受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶中，電子容易受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶中，成為導(dǎo)電的電子成為導(dǎo)電的電子 。施主施主（donor）能級(jí)能級(jí)施主能級(jí)施主能級(jí)ED：施主雜質(zhì)束縛的電子的能級(jí)；施主雜質(zhì)束縛的

7、電子的能級(jí)；雜質(zhì)給出的電子所在的能級(jí)；雜質(zhì)給出的電子所在的能級(jí)；雜質(zhì)提供的帶電子的能級(jí)。雜質(zhì)提供的帶電子的能級(jí)。 Si 中中 摻摻 P 時(shí)時(shí) ED為為0.045eVED(2) 把把A族元素（如族元素（如B、Al）摻入硅單晶中）摻入硅單晶中 負(fù)電荷中心束縛空穴負(fù)電荷中心束縛空穴像硼這樣像硼這樣能接受電子給出空穴的雜質(zhì)，能接受電子給出空穴的雜質(zhì)，稱為稱為受主（雜質(zhì)），受主（雜質(zhì)），這類缺陷稱為這類缺陷稱為受主缺陷，受主缺陷，摻有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體又稱為摻有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體又稱為p型型半導(dǎo)體半導(dǎo)體，載流子是空穴載流子是空穴，也稱為空穴半導(dǎo)體。也稱為空穴半導(dǎo)體。 ( BSi) 禁帶中出現(xiàn)受主能級(jí)禁帶中出

8、現(xiàn)受主能級(jí)導(dǎo)導(dǎo) 帶帶EA滿滿 帶帶受主能級(jí)受主能級(jí)Eg量子力學(xué)表明，量子力學(xué)表明，摻雜后多余的空穴摻雜后多余的空穴的能級(jí)的能級(jí)（受主能級(jí)）在禁帶中受主能級(jí)）在禁帶中緊靠滿帶處，緊靠滿帶處， EA10-2eV， 極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。Si 中中 摻摻 B 時(shí)時(shí) EA為為0.045eV受主受主（acceptor）能級(jí)能級(jí) 受主能級(jí)受主能級(jí)EA：受主雜質(zhì)束縛的空穴的能級(jí)；受主雜質(zhì)束縛的空穴的能級(jí)；受主雜質(zhì)提供的空能量狀態(tài)。受主雜質(zhì)提供的空能量狀態(tài)。EA硅中摻雜形成硅中摻雜形成施主能級(jí)和受主能級(jí)（統(tǒng)稱為雜質(zhì)能級(jí)）施主能級(jí)和受主能級(jí)（統(tǒng)稱為雜質(zhì)能級(jí)）的分子軌道理論解釋的分子軌道理論解釋 原

9、子軌道有效組合形成分子軌道應(yīng)滿足的條件：原子軌道有效組合形成分子軌道應(yīng)滿足的條件：能量相近、對(duì)稱性匹配、最大重疊。能量相近、對(duì)稱性匹配、最大重疊。摻雜半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制：摻雜半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制：跳躍式導(dǎo)電機(jī)理跳躍式導(dǎo)電機(jī)理n 型化合物半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體 例如，化合物例如，化合物GaAs中摻中摻Te ，六價(jià)的，六價(jià)的Te替代五價(jià)的替代五價(jià)的As可形成施主能級(jí)，可形成施主能級(jí)，成為成為n型型GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體。型化合物半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體例如，化合物例如，化合物 GaAs中摻中摻Zn，二價(jià)的，二價(jià)的Zn替代三價(jià)的替代三價(jià)的Ga可形成受主能級(jí)，可形成受主能級(jí)，成為成為p型型GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體雜

10、質(zhì)半導(dǎo)體。2.7.5非化學(xué)計(jì)量化合物（缺陷）非化學(xué)計(jì)量化合物（缺陷） 一般化合物其組成（化學(xué)式）符合一般化合物其組成（化學(xué)式）符合倍比定律倍比定律和和定比定律定比定律 。非化學(xué)計(jì)量化合物：非化學(xué)計(jì)量化合物：組成不符合倍比和定比定律，組成不符合倍比和定比定律， 偏離其化學(xué)式的化合物。偏離其化學(xué)式的化合物。 例如：例如：方鐵礦方鐵礦 （ Fe0.89O 至至 Fe0.96O，通常記為，通常記為Fe1-xO） TiO2-x 、Zn1+xO等。等。易形成非計(jì)量化合物的陰離子易形成非計(jì)量化合物的陰離子：O2-、S2-和和H-離子；離子；陽(yáng)離子：陽(yáng)離子：過(guò)渡金屬和稀土金屬，過(guò)渡金屬和稀土金屬，一般具有可變

11、的化合價(jià)。一般具有可變的化合價(jià)。非化學(xué)計(jì)量化合物晶體中往往形成非化學(xué)計(jì)量化合物晶體中往往形成點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)，且這些缺陷，且這些缺陷一般是一般是空位空位或或間隙離子間隙離子分別與分別與電子電子或或空穴空穴的復(fù)合的復(fù)合，使其使其具有具有 半導(dǎo)體性質(zhì)。半導(dǎo)體性質(zhì)。 根據(jù)點(diǎn)缺陷形式，非化學(xué)計(jì)量根據(jù)點(diǎn)缺陷形式，非化學(xué)計(jì)量氧化物氧化物有如下四類：有如下四類：非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷：由于化學(xué)組成偏離化學(xué)計(jì)量而產(chǎn)：由于化學(xué)組成偏離化學(xué)計(jì)量而產(chǎn) 生的一種結(jié)構(gòu)缺陷，其中原子缺陷和電子缺陷同時(shí)存在。生的一種結(jié)構(gòu)缺陷，其中原子缺陷和電子缺陷同時(shí)存在。 1. 陰離子空位型陰離子空位型（TiO2-

12、x、ZrO2-x） 2. 陽(yáng)離子空位型陽(yáng)離子空位型（Fe1-xO、Cu2-xO） 3. 陰離子間隙型陰離子間隙型（UO2+x） 4. 陽(yáng)離子間隙型陽(yáng)離子間隙型（Zn1+xO、Cd1+xO） 其導(dǎo)電性質(zhì)可分別歸屬為其導(dǎo)電性質(zhì)可分別歸屬為n型和型和p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。（1）陰離子空位型）陰離子空位型 （TiO2-x、ZrO2-x）當(dāng)環(huán)境氧分壓較低或在還原氣氛中，晶體中氧逸出而在當(dāng)環(huán)境氧分壓較低或在還原氣氛中，晶體中氧逸出而在晶格中產(chǎn)生氧空位。氧空位帶正電荷，束縛著以低價(jià)態(tài)晶格中產(chǎn)生氧空位。氧空位帶正電荷，束縛著以低價(jià)態(tài)形式存在的金屬上的電子，具有形式存在的金屬上的電子，具有n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的性質(zhì)

13、的性質(zhì) 。氧逸出釋放的氧逸出釋放的電子被金屬離電子被金屬離子接納從而使子接納從而使其價(jià)態(tài)降低。其價(jià)態(tài)降低。相當(dāng)于施主相當(dāng)于施主雜質(zhì)提供施雜質(zhì)提供施主能級(jí)主能級(jí)TiO2-x結(jié)構(gòu)缺陷示意圖結(jié)構(gòu)缺陷示意圖缺氧的缺氧的TiO2可看作是四價(jià)鈦和三價(jià)鈦氧化物形成可看作是四價(jià)鈦和三價(jià)鈦氧化物形成的固溶體的固溶體，或或三價(jià)鈦取代了部分四價(jià)鈦三價(jià)鈦取代了部分四價(jià)鈦。2OOTiOTiO213OV2Ti4O2Ti2OOO21V2eOe = Ti Ti ，電子導(dǎo)電，電子導(dǎo)電， n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 如電子與如電子與Ti4+聯(lián)系，聯(lián)系，Ti4+由于得電子而成為由于得電子而成為T(mén)i3+，但這個(gè)，但這個(gè)電子并不固定在一個(gè)特定

14、的鈦離子上，而能從一個(gè)位置電子并不固定在一個(gè)特定的鈦離子上，而能從一個(gè)位置遷移到另一個(gè)位置。遷移到另一個(gè)位置。根據(jù)質(zhì)量作用定律：根據(jù)質(zhì)量作用定律：2OOO21V2eOO)(Ve O2/1OO22pKV 2e OOO = 1 61OO2V p 電導(dǎo)率eVPOO2（2 2）陽(yáng)離子間隙）陽(yáng)離子間隙型型 （Zn1+xO、Cd1+xO） 當(dāng)環(huán)境氧分壓較低或在還原氣氛中，晶體中氧逸出引起當(dāng)環(huán)境氧分壓較低或在還原氣氛中，晶體中氧逸出引起過(guò)剩金屬離子進(jìn)入間隙。間隙陽(yáng)離子帶正電荷，等價(jià)的過(guò)剩金屬離子進(jìn)入間隙。間隙陽(yáng)離子帶正電荷，等價(jià)的電子被束縛在周?chē)?，具有電子被束縛在周?chē)哂衝型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的性質(zhì)。的性質(zhì)。

15、 相當(dāng)于施主相當(dāng)于施主雜質(zhì)提供施雜質(zhì)提供施主能級(jí)主能級(jí)或：金屬氧化或：金屬氧化物在其相應(yīng)的物在其相應(yīng)的金屬蒸汽中加金屬蒸汽中加熱，金屬進(jìn)入熱，金屬進(jìn)入間隙位置。間隙位置。陽(yáng)離子間隙型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖陽(yáng)離子間隙型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖M+M+M+M+M+M+M+M+XXXXXXXXM+e例：例：ZnO在在Zn蒸氣中加熱蒸氣中加熱2iO21eZnZnO4/1Oi2eZnp或或?qū)崪y(cè)實(shí)測(cè)ZnO電導(dǎo)率與氧電導(dǎo)率與氧分壓的關(guān)系支持分壓的關(guān)系支持單電單電荷間隙荷間隙的模型。的模型。 O212eZnZnO2i6/1Oi2eZnp（3 3）陰離子間隙型）陰離子間隙型 （UO2+x） 當(dāng)環(huán)境氧分壓較高時(shí)，環(huán)境中氧以氧離子形

16、式進(jìn)入晶格當(dāng)環(huán)境氧分壓較高時(shí)，環(huán)境中氧以氧離子形式進(jìn)入晶格間隙。間隙氧離子帶負(fù)電荷，束縛著以高價(jià)態(tài)形式存在間隙。間隙氧離子帶負(fù)電荷，束縛著以高價(jià)態(tài)形式存在的金屬上的空穴，具有的金屬上的空穴，具有p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的性質(zhì)。的性質(zhì)。 相當(dāng)于受主相當(dāng)于受主雜質(zhì)提供受雜質(zhì)提供受主能級(jí)主能級(jí)陰離子間隙型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖陰離子間隙型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖M+M+M2+M+M+M+M+M+XXXXXXXXX例如：例如：UO2晶體，這種缺陷可視作晶體，這種缺陷可視作UO3在在UO2中的固溶體，或六價(jià)鈾取代了四價(jià)鈾。中的固溶體，或六價(jià)鈾取代了四價(jià)鈾。2hO(g)O21 i261O i2Op 電導(dǎo)率間隙氧濃度hOi2OP（

17、4 4）陽(yáng)離子空位型）陽(yáng)離子空位型 （Fe1-xO、Cu2-xO） 當(dāng)環(huán)境氧分壓較高時(shí)，環(huán)境中氧進(jìn)入晶格占據(jù)氧格位，導(dǎo)當(dāng)環(huán)境氧分壓較高時(shí)，環(huán)境中氧進(jìn)入晶格占據(jù)氧格位，導(dǎo)致產(chǎn)生金屬離子空位，該空位帶負(fù)電荷，束縛著以高價(jià)態(tài)致產(chǎn)生金屬離子空位，該空位帶負(fù)電荷，束縛著以高價(jià)態(tài)形式存在的金屬上的空穴，具有形式存在的金屬上的空穴，具有p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的性質(zhì)。的性質(zhì)。 相當(dāng)于受相當(dāng)于受主雜質(zhì)提主雜質(zhì)提供受主能供受主能級(jí)級(jí)陽(yáng)離子空位型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖陽(yáng)離子空位型缺陷結(jié)構(gòu)示意圖Ni1-xOM+M+M+M+M2+M+M+XXXXXXXX例如：例如：Fe1-xO，也，也可看作可看作 Fe2O3 在在 FeO 中中的

18、固溶體，或部分的固溶體，或部分Fe3+ 取代了取代了Fe2+。O FeFe2FeOV2Fe(g)O212FeO Fe2OV2h(g)O216/1OO Fe2)(OVh2pK61O2hp 電導(dǎo)率hPO2 非化學(xué)計(jì)量化合物可看成是：非化學(xué)計(jì)量化合物可看成是：同一金屬但價(jià)態(tài)不同的兩種化合物所構(gòu)成的固溶體。同一金屬但價(jià)態(tài)不同的兩種化合物所構(gòu)成的固溶體。 或：或：一種不等價(jià)雜質(zhì)取代缺陷，只是取代發(fā)生在同一種一種不等價(jià)雜質(zhì)取代缺陷，只是取代發(fā)生在同一種 離子的高價(jià)態(tài)與低價(jià)態(tài)之間。離子的高價(jià)態(tài)與低價(jià)態(tài)之間。事實(shí)上，在化合物中摻雜時(shí)，只要發(fā)生不等價(jià)取代缺陷，事實(shí)上，在化合物中摻雜時(shí)，只要發(fā)生不等價(jià)取代缺陷，均

19、可構(gòu)成均可構(gòu)成n型或型或p半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。NiO + Li2O 2LiNi + 2NiNi + 2OO 例如：例如：NiO中摻入中摻入Li2O：NiO中摻入中摻入Li2O缺陷示意圖缺陷示意圖負(fù)電荷中心負(fù)電荷中心束縛空穴束縛空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 O2(g)2322/1222OOeAlZnOOAlOZn OZnOhLiZnOOLigO222)(2/122用施主摻雜產(chǎn)生準(zhǔn)自由電子控制電導(dǎo)率：用施主摻雜產(chǎn)生準(zhǔn)自由電子控制電導(dǎo)率：用受主摻雜產(chǎn)生準(zhǔn)自由空穴調(diào)節(jié)電導(dǎo)用受主摻雜產(chǎn)生準(zhǔn)自由空穴調(diào)節(jié)電導(dǎo)率：率：氧化鋅氣敏材料摻雜：氧化鋅氣敏材料摻雜：2.7.6色色 心心蒸汽，加熱蒸汽，加熱 驟冷驟冷N(xiāo)aNa1+

20、x1+x Cl Cl (非化學(xué)計(jì)量非化學(xué)計(jì)量) NaCl (無(wú)色透明無(wú)色透明)(黃黃 色色)晶體顯色是由于在其內(nèi)部產(chǎn)生了晶體顯色是由于在其內(nèi)部產(chǎn)生了能夠吸收可見(jiàn)光的缺陷能夠吸收可見(jiàn)光的缺陷色心色心。F色心缺陷色心缺陷在點(diǎn)缺陷上的電荷，具有一系列分離的允許能級(jí)。在點(diǎn)缺陷上的電荷，具有一系列分離的允許能級(jí)。這些允許能級(jí)相當(dāng)于在可見(jiàn)光區(qū)的光子能級(jí)，能這些允許能級(jí)相當(dāng)于在可見(jiàn)光區(qū)的光子能級(jí)，能吸收一定波長(zhǎng)的光，使材料呈現(xiàn)某種顏色。吸收一定波長(zhǎng)的光，使材料呈現(xiàn)某種顏色。色心能級(jí)示意圖色心能級(jí)示意圖F色心：陰離子空位捕獲色心：陰離子空位捕獲1個(gè)電子個(gè)電子（Vx + e）（缺陷締合體）（缺陷締合體）或或1個(gè)

21、電子個(gè)電子占據(jù)占據(jù)1個(gè)陰離子空位個(gè)陰離子空位在氧化物中在氧化物中2個(gè)電子占據(jù)個(gè)電子占據(jù)1個(gè)氧空位個(gè)氧空位（Vx + 2e） F色心：兩個(gè)電子占據(jù)同色心：兩個(gè)電子占據(jù)同1個(gè)負(fù)一價(jià)陰離子空位個(gè)負(fù)一價(jià)陰離子空位（Vx +2 e） V色心：空穴占據(jù)色心：空穴占據(jù)1個(gè)陽(yáng)離子空位個(gè)陽(yáng)離子空位（VM + h） F色心中占據(jù)陰離子空位的電子是處于半束色心中占據(jù)陰離子空位的電子是處于半束縛狀態(tài)，只需不太大的能量就能使它脫離這縛狀態(tài)，只需不太大的能量就能使它脫離這種半束縛（使缺陷締合體分解），而能在一種半束縛（使缺陷締合體分解），而能在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，成為可導(dǎo)電的電子，顯示出定范圍內(nèi)移動(dòng)，成為可導(dǎo)電的電子，顯示出

22、n型半導(dǎo)體性質(zhì)。型半導(dǎo)體性質(zhì)。色心形成對(duì)材料性能的影響色心形成對(duì)材料性能的影響可見(jiàn)光能量小于禁帶寬可見(jiàn)光能量小于禁帶寬度，不能使晶體顯色。禁度，不能使晶體顯色。禁帶中出現(xiàn)缺陷能級(jí)后，施帶中出現(xiàn)缺陷能級(jí)后，施主能級(jí)上的電子至導(dǎo)帶或主能級(jí)上的電子至導(dǎo)帶或受主能級(jí)上的空穴至滿帶受主能級(jí)上的空穴至滿帶所需能量均小于禁帶寬度，所需能量均小于禁帶寬度，而位于可見(jiàn)光區(qū)，電子躍而位于可見(jiàn)光區(qū)，電子躍遷可使晶體顯色，同時(shí)產(chǎn)遷可使晶體顯色，同時(shí)產(chǎn)生半導(dǎo)體導(dǎo)電性。生半導(dǎo)體導(dǎo)電性。按能帶理論，形成色心在禁帶中出現(xiàn)缺陷能級(jí)。即：按能帶理論，形成色心在禁帶中出現(xiàn)缺陷能級(jí)。即：陰離子空位捕獲電子（陰離子空位捕獲電子（F色心色心）和陽(yáng)離子空位捕獲空穴）和陽(yáng)離子空位捕獲空穴（V色心色心）分別在禁帶中形成）分別在禁帶中形成施主能級(jí)施主能級(jí)和和受主能級(jí)受主能級(jí)。禁帶禁帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶滿帶滿帶例如例如：金紅石陶瓷（：金紅石陶瓷（Ti