1. P型掺杂：铭的掺杂可以使氮化硅产生P型半导体属性，增加其导电性，在半导体器件制造中应用广泛，例如用于发光二极管（LED）、太阳能电池等。
2. 光度学特性：掺杂铭可以改变氮化硅的光学特性，使其产生磷光发射，可以应用于发光二极管（LED）的制造。
3. 控制缺陷密度：掺杂铭对氮化硅的晶格结构有一定的影响，可以减少晶格缺陷和气泡的产生，从而提高氮化硅的质量和稳定性。
因此，在氮化硅的制备和应用中，通过掺杂铭等杂质元素，可以改变其物性、电性和光学性质，从而扩展其应用场景，提高材料的性能和稳定性。
氮化硅是一种高性能的材料，其物理和化学性质都非常优异，可在高温和极端环境下使用。掺杂铭（Mg）可以在氮化硅中引入额外的杂质，从而改变其电性质和光学性质，具体包括：
1. P型掺杂：铭的掺杂可以使氮化硅产生P型半导体属性，增加其导电性，在半导体器件制造中应用广泛，例如用于发光二极管（LED）、太阳能电池等。
2. 光度学特性：掺杂铭可以改变氮化硅的光学特性，使其产生磷光发射，可以应用于发光二极管（LED）的制造。
3. 控制缺陷密度：掺杂铭对氮化硅的晶格结构有一定的影响，可以减少晶格缺陷和气泡的产生，从而提高氮化硅的质量和稳定性。
因此，在氮化硅的制备和应用中，通过掺杂铭等杂质元素，可以改变其物性、电性和光学性质，从而扩展其应用场景，提高材料的性能和稳定性。
磷光是一种常在掺稀土无机晶体和有机分子晶体中观察到 迷人的光电子现象， 在光信息存储、彩色显像和生物剂量学等方面具有很大的潜力。近日，来自中山大学等单位的研究人员通过X射线激发，在AlN单晶闪烁体中发现了超长本征磷光(>20000秒)。相关论文以题为“X-ray radiation excited ultralong (>20,000 seconds) intrinsic phosphorescence in aluminum nitride single-crystal scintillators”发表在Nature Communications上。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18221-1
特殊的辐射跃迁途径，如有机分子晶体中聚集三重态激子的重组，使长寿命的激发态电子实现持久磷光的辐射复合，其在彩色显像、光信息存储和生物成像等方面具有重要的应用前景。长期磷光通常出现在掺稀土的无机晶体和无金属有机分子中，得益于其特殊的电子结构配置，实现了磷光机理。而当前外来稀土元素和有机组分磷光发射的持续时间较短。面对这些障碍，无机材料中由于自身缺陷或形成激子而产生的本禀发光表现出更大的潜力，可实现稳定且超长的磷光发射。
在无机半导体中，光的发射通常是通过从激发态到基态的直接辐射跃迁来实现的，这是典型的带边跃迁，严格符合跃迁选择规则。还有一种情况是激发态和基态具有相同的奇偶性，它们之间的直接跃迁是禁止的。然而，通过声子辅助跃迁过程，可以实现跃迁。在这种情况下，电子跃迁通常类似于三态激发(T1)激子的电子跃迁，期望得到持续的磷光。
氮化铝(AlN)是一种具有约6.2 eV超宽禁带的无机半导体，其磷光、光致发光(PL)和热致发光(TL)等特性引起了广泛关注。本文中，研究者利用X射线激发AlN单晶(SCs)，得到了一种紫外(UV)超长本征磷光(UIP；>20000 s)。理论研究表明，含氮空位的氮化铝(AlN)的电子结构配置可以满足上述持久性的磷光机理。对于AlN SCs, 在X射线光子的作用下吸收产生了大量高能非定常激发态电子。由于量子选择规律，激发态电子通过声子辅助跃迁和通过发射持续的磷光带内多过程跃迁弛缓到基态。
图1 AlN SCs的晶体结构和磷光。
图2 在AlN SCs中X射线激发的超长磷光。。
图3 超长固有磷光的机理。
图4 高温N2退火AlN SCs表面缺陷分析。
在半导体制造技术方面，源气氛退火通常被认为是减少缺陷的有效方法。在此基础上，研究者采用高温N2退火的方法降低了氮化铝SCs在晶体表面的缺陷。退火后由266 nm激光激发的PL光谱显示，晶体的UV和黄色发射强度明显下降(图4a)。在325 nm的激发下，晶体只有黄色发射。在图4a中，不同激发下的PL光谱呈现出合理的变化，在325 nm激发下，UV发射消失，这与VN缺陷能级的计算是一致的。值得注意的是，低能量激发(比X射线小得多)下的辐射跃迁非常快，这说明吸收跃迁严格遵循低能量激发下的量子选择规则。激发态电子允许直接辐射跃迁。
综上所述，研究者提出了在高能X射线激发下可实现AlN SCs的超长(20,000 s)本征UV磷光。在AlN SCs中发现的X射线激发的超长磷光，对理解无机材料的固有磷光机理和高能射线剂量学的应用具有重要意义。（文：水生）
杂质半导体： 通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。 P型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。结论：多子的浓度决定于杂质浓度。少子的浓度决定于温度。 PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。PN结的特点：具有单向导电性。半导体杂质 半导体中的杂质对电阻率的影响非常大。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产加的杂质能级。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价结合，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢能级。杂质能级位于禁带上方靠近导带底附近。杂质能级上的电子很易激发到导带成为电子载流子。这种能提供电子载流子的杂质称为施主，相应能级称为施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多（图2）。在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是杂质能级，通常位于禁带下方靠近价带处。价带中的电子很易激发到杂质能级上填补这个空位，使杂质原子成为负离子。价带中由于缺少一个电子而形成一个空穴载流子（图3）。这种能提供空穴的杂质称为受主杂质。存在受主杂质时，在价带中形成一个空穴载流子所需能量比本征半导体情形要小得多。半导体掺杂后其电阻率大大下降。加热或光照产生的热激发或光激发都会使自由载流子数增加而导致电阻率减小，半导体热敏电阻和光敏电阻就是根据此原理制成的。对掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是导带中的电子，属电子型导电，称N型半导体。掺入受主杂质的半导体属空穴型导电，称P型半导体。半导体在任何温度下都能产生电子-空穴对，故N型半导体中可存在少量导电空穴，P型半导体中可存在少量导电电子，它们均称为少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。 半导体掺杂半导体之所以能广泛应用在今日的数位世界中，凭借的就是其能借由在其晶格中植入杂质改变其电性，这个过程称之为掺杂（doping）。掺杂进入本质半导体（intrinsic semiconductor）的杂质浓度与极性皆会对半导体的导电特性产生很大的影响。而掺杂过的半导体则称为外质半导体（extrinsic semiconductor）。半导体掺杂物哪种材料适合作为某种半导体材料的掺杂物（dopant）需视两者的原子特性而定。一般而言，掺杂物依照其带给被掺杂材料的电荷正负被区分为施体（donor）与受体（acceptor）。施体原子带来的价电子（valence electrons）大多会与被掺杂的材料原子产生共价键，进而被束缚。而没有和被掺杂材料原子产生共价键的电子则会被施体原子微弱地束缚住，这个电子又称为施体电子。和本质半导体的价电子比起来，施体电子跃迁至传导带所需的能量较低，比较容易在半导体材料的晶格中移动，产生电流。虽然施体电子获得能量会跃迁至传导带，但并不会和本质半导体一样留下一个电洞，施体原子在失去了电子后只会固定在半导体材料的晶格中。因此这种因为掺杂而获得多余电子提供传导的半导体称为n型半导体（n-type semiconductor），n代表带负电荷的电子。和施体相对的，受体原子进入半导体晶格后，因为其价电子数目比半导体原子的价电子数量少，等效上会带来一个的空位，这个多出的空位即可视为电洞。受体掺杂后的半导体称为p型半导体（p-type semiconductor），p代表带正电荷的电洞。以一个硅的本质半导体来说明掺杂的影响。硅有四个价电子，常用于硅的掺杂物有三价与五价的元素。当只有三个价电子的三价元素如硼（boron）掺杂至硅半导体中时，硼扮演的即是受体的角色，掺杂了硼的硅半导体就是p型半导体。反过来说，如果五价元素如磷（phosphorus）掺杂至硅半导体时，磷扮演施体的角色，掺杂磷的硅半导体成为n型半导体。一个半导体材料有可能先后掺杂施体与受体，而如何决定此外质半导体为n型或p型必须视掺杂后的半导体中，受体带来的电洞浓度较高或是施体带来的电子浓度较高，亦即何者为此外质半导体的“多数载子”（majority carrier）。和多数载子相对的是少数载子（minority carrier）。对于半导体元件的 *** 作原理分析而言，少数载子在半导体中的行为有着非常重要的地位。
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