铟、镓和锡对元素铋的 p 型掺杂：一种固体中的新型掺杂机制
材料科学
2016-04-04 v3
摘要
本文描述了一种新的掺杂机制，其中掺杂杂质不仅仅是将电荷转移至宿主半导体或半金属的能带，而是重排宿主价带深处的核心能级。这进而导致宿主中所有电子的重新分布，如果设计得当，会改变费米能级 的位置以及 附近的导电载流子密度。该原理在元素 Bi 中得到了实验验证，其中 III 族元素 In 和 Ga 将 Bi 掺杂为 p 型，尽管这三种原子在固态下均为三价。电子结构计算显示了超深缺陷态（HDS）的形成及其对掺 In（Bi:In）和掺 Ga（Bi:Ga）的 Bi 中 的影响。位于元素 Bi 的 下方 -5 至 -6 eV 处的 HDS 与 Bi 6p 电子杂化，并从 Bi 价带中夺走每个杂质原子两个电子。这扰动了固体中的电子计数并降低了 。杂质原子上的电荷保持不变。原则上，这种掺杂作用不会产生在传统掺杂中散射传导电子和空穴的电离杂质。实验上，Shubnikov-de Haas 和霍尔效应测量表明，向 Bi 中添加 In 会导致空穴密度增加。文中给出了单晶和多晶样品的热电、 galvanomagnetic（电流磁效应）和热磁数据。In 掺杂导致热电优值增强，这表明新的掺杂机制也为开发更好的热电材料提供了一条途径。相同的机制也适用于 Sn 掺杂的 Bi（Bi:Sn），尽管此处未能避免电离杂质散射。
引用
@article{arxiv.1409.4358,
title = {P-type doping of elemental bismuth with indium, gallium and tin: a novel doping mechanism in solids},
author = {Hyungyu Jin and Bartlomiej Wiendlocha and Joseph P. Heremans},
journal= {arXiv preprint arXiv:1409.4358},
year = {2016}
}
备注
ver. 3, much extended and rewritten, supplement included