【缺陷】温度对半导体缺陷电荷态跃迁能级的影响

2022年3月8日，北京计算科学研究中心的黄兵等人在《Physical Review B》期刊发表了题为《Temperature effect on charge-state transition levels of defects in semiconductors》的文章，基于密度泛函理论结合准谐近似方法，研究了半导体中缺陷的电荷态转变能级（εα(q/q’)）随温度的变化规律。通过推导温度依赖的基本公式并建立两条基本规则，研究发现不同缺陷的εα(q/q’)随温度变化表现出多样化的行为：变浅、变深或保持不变，这种行为主要取决于自由能修正（由缺陷周围局域体积变化δVq→q’决定）与带边变化之间的协同或拮抗效应。以GaN为例的大量先进温度依赖性缺陷计算验证了这些基本公式和规则。该研究的结果对理解宽禁带半导体在苛刻环境下的缺陷性质演变、提高相关半导体器件的可靠性以及指导新型高温半导体器件的设计具有重要意义。

主要结论：

1. 半导体缺陷的电荷态转变能级（εα(q/q’)）随温度变化呈现多样化行为，可变浅、变深或保持不变，由自由能修正和带边变化的协同或拮抗效应决定。

2. 发现关键物理量δVq→q’（缺陷在电荷态转变过程中的局域体积变