固体晶格结构《半导体物理及固体物理基础》

1、1 固体晶格结构半导体物理及固体物理基础2固体材料分类 绝缘体 半导体 导体 108 10-4 108 10-4 2绝缘体导体3导体两种导电率最低的物质是银和铜，导电性最好；考虑到价格因素，半导体产业中用的最多的金属为铝。.4绝缘体绝缘体：像玻璃、塑料、橡胶等;在半岛体产业中用的比较多的为二氧化硅，氮化硅，氧化铝等；二氧化硅用的最广，因为它非常稳定；与硅有非常好的接触界面；5半导体 元素半导体：Si，Ge (IV族) III-V族半导体：GaN GaAs, InP等化合物半导体 II-VI族半导体：ZnS，ZnO等 IV-IV族半导体：SiC有机半导体：有机物、聚合物和络合物等 6固体的形态类

2、型无定型(非晶)多晶单晶无定型材料：只在几个原子或分子的尺度内有序；多晶材料：在许多个原子或分子的尺度内有序；单晶材料：在整个材料范围内都有很高的几何周期性；晶粒晶界7单晶硅8多晶硅9非晶硅10晶体结构理论晶体结构=基元+点阵；基元：构成晶体的原子、分子、离子、原子团、分子团等；点阵：用一个几何点表示基元后，晶体所构成的几何点的阵列； 点阵是无限大,沿三维周期性排列的点子；晶格：用直线以某种方式把点子连接起来所形成的格子，晶格中每一个点称为格点；11点阵与晶格二维无限格点阵列12晶胞晶胞：可以复制整个晶体的一小部分晶体，并非只有一种结构；原胞：可以通过重复形成整个晶体的最小晶胞； 晶胞：考虑对

3、称性，更全面地了解晶体性质；13晶胞与晶格AB晶格中任意一个格点都可以用矢量表示：14晶系描写晶胞的六个物理量：三个基矢的长度晶轴上的周期(a, b, c)和基矢之间的夹角(,),如图所示:根据a, b, c, , , 的不同，晶格可分为七大晶系。15七大晶系晶系名称 晶轴上的周期 晶轴间的夹角 三斜晶系 abc 90 单斜晶系 abc =90o,90 正交晶系 abc =90 四方晶系 a=bc =90 六角晶系 a=bc =90o,=120 三角晶系 a=b=c =90 立方晶系 a=b=c =90 16立方晶系晶体结构简立方结构体心立方结构面心立方结构17例118例219晶面晶格中，可以

4、从各个方向上划分成无限多平面族，即晶面族；一族晶面中，彼此距离相等，方向相同，格点在晶面上的分布也相同;如何描述一个平面的方向？20不同晶面方向硅的晶格21密勒指数(Miller Index)采用密勒指数来定义晶体中的不同晶面。密勒指数可由下列步骤确定:找出晶面在坐标系中三个坐标轴上的截距；取这三个截距值的倒数，并将其化为最小整数比(hkl)；将此结果以(hkl)表示，即为这个晶面的密勒指数；22晶面的密勒指数晶面在三个坐标轴上的截距分别为a,3a和2a; 取这些截距的倒数可得1/1,1/3和1/2;因此，可以表示为(623)晶面。 这三个数的最小整数比为6:2:3(每个分数乘6所得);23晶

5、面的密勒指数晶面在三个坐标轴上的截距分别为： 1,2,2取这些截距的倒数,分别为1/1,1/2,1/2；最小整数比为2:1:1；因此，这个可以表示为(211)晶面；24晶面的密勒指数25晶面的密勒指数26晶面的密勒指数27晶面原子密度28晶向格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上， 这些直线系称为晶列。同一个格点可以形成不同方向的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。29晶向晶向指数计算方法：它的取法是：先作一条通过晶胞原点且平行于该晶向方向的直线；在此直线上任选一点，求出其三个坐标(矢量分量);将此三个坐标数值化为最小整数比, ； 则为该晶向指数。等效方向上的所有方向组用表示。30晶

6、向计算31晶向计算32晶向计算33晶向计算34金刚石结构硅和锗都属于金刚石结构晶胞中包含一种元素35闪锌矿结构GaAs属于闪锌矿结构晶胞中包含两种元素36原子价键为什么特定的原子倾向于特定的晶格结构？热平衡系统的总能量趋于达到某个最小值；原子形成固体时的相互作用以及达到的最低能量依赖于原子类型；通过原子的价电子定性的理解原子之间是如何相互作用的；37离子键：I族的元素倾向于失去电子，带正电荷；VII族的元素倾向于得到电子，带负电荷；电荷相反的离子通过库伦作用形成离子键；(NaCl)晶体中，负离子被正离子包围，正离子被负离子包围；静电引力较强，很难产生自由运动的电子；38共价键每个氢原子有一个电

7、子，两原子共用两个电子，价电子层都是满的；电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键39共价键IV族元素硅和锗，每个原子有4个价电子， 需要4个价电子填满价电子层；40原子价键金属键：I族元素钠，有一个价电子； 两个钠原子离得很近，价电子会像共价键那样互相影响； 第三个钠原子靠近时，价电子也会相互作用成键； 固体钠中，每个钠原子有很多共享电子；41原子价键范德华键：HF分子是通过离子键构成的； HF分子中正电荷有效中心不同于负电荷有效中心； 电荷分布的不对称型会形成电偶极子； 电偶极子之间会相互作用，最后达到平衡；最弱的化学键； 分子间相互作用若； 形成的固体的熔点相对较低； 室温下呈气态；42晶体中缺陷-点缺陷缺陷尺寸在原子量级;43晶体中缺陷-点缺陷缺陷尺寸在原子量级；44晶体中缺陷-线缺陷(位错)刃型位错: 在晶格里额外插入一个原子平面:45晶体中缺陷-面缺陷晶粒间界：彼此没有固定晶向关系的晶体之间的过渡区46 本征堆垛层错.堆垛层错：在这种缺陷中,