Defektzentren

Defektzentren sind lokale Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter eines Festkörpers, die die elektronischen und optischen Eigenschaften des Materials beeinflussen. Sie umfassen Punktdefekte wie Vakanzen, Interstitale, Substitutions- oder Antisite-Defekte sowie Komplexe aus Defekten und Verunreinigungen. Entstehung erfolgt durch Strahlung, Ioneneinbau, Wachstumsbedingungen oder thermische Behandlung; durch geeignetes annealing lassen sich einige Defekte entfernen oder umwandeln.

Elektrisch bilden Defektzentren diskrete Energieniveaus innerhalb der Bandlücke aus. Sie können als Donoren oder Akzeptoren wirken, Träger trapen oder Rekombinationen beeinflussen, und damit Ladungsträgertransport sowie Persistenz beeinflussen. Optisch zeigen sie charakteristische Absorptions- und Emissionslinien, Lumineszenz oder Phosphoreszenz; sie können Lichtquellen darstellen oder Rekombinationen unterstützen.

Typische Beispiele sind F-Zentren in Alkalihalogeniden (Farbzentren), NV-Zentren im Diamant sowie Vakanzzentren in Siliziumkarbid (V_Si) und verwandte Defekte in anderen Halbleitern. In der Forschung gewinnen bestimmte Defektzentren Bedeutung als Kandidaten für Quantenbits (z. B. NV-Zentrum) und als Sensoren in der Quantenmetrologie; in der Praxis beeinflussen sie auch Leckströme, Verunreinigungen und die Lichtemission von Detektoren sowie LEDs.

Analysemethoden umfassen optische Spektroskopie (Absorption, Photolumineszenz), Elektronenspinresonanz (EPR/ESR), ODMR, Kathodolumineszenz sowie Transport- und Temperaturmessungen, die Informationen über Energieniveaus, Lebensdauern und Stabilität der Zentren liefern.