大二下课件半导体物理lesson

第一章预备知固体物理材料固体物理材料机械性能硬度 弹性，易碎性光学性质色散，折射/双折射，光活非线性光学性质(NLO:

电学性电阻率 导体，半导体，超导体压电磁学性质:顺磁，铁磁，反铁磁阻，巨磁举例：碳元素的不同

直径，方向不同:

电流密度:109杨氏模量:100040热导率:固体结构(singlecrystal)三种形态来表征材料中结构的有序程度和有序多晶材料：有序区域包含许多原子，这些有序区域被称多晶材料：有序区域包含许多原子，这些有序区域被称粒(grains)，不同晶粒被晶界(grainboundary)单晶材料：在整个材料中完全有晶格和晶格(Lattice)：有序排列的＋基元＋结点与 结点的总 点阵（布喇菲格子结点与如果晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是基为整数；=a(b×c)ba基矢是晶格格点的基本平移矢量：a,b,c，其夹角α,βγ。基矢的选择不唯一，其选择条件为：晶格按照矢量平移，可自身重合，R=n1a+n2b+为整数；=a(b×c)baa简单与复式格。一维简单 (x)＝(x(x)＝(x+bA A

一维复式(x)＝(x+

晶体的对称性和对称晶体具有平移对称性和点对称性，对称作可使晶体结构完全同自身重平移对称操作R=n1a+n2b

22）（一重、二重、三重、四重、六重）（m）、某点对称对称操作举例－正方 平行对称面

斜方点长方点有心斜方点长方点有心长方正方点六角点Square正1Pa=b,Rectangular长2a≠b,Hexagonal六1Pa=b,Oblique1Pa≠b,≠90°,晶体系统和晶格1848AugusteBravais)证明只可能有14种三晶格系 晶格种 原胞和征。这样的重复单元称为元胞(Unitcell)。原胞(primitivecell),固体物理元胞:基矢a、b、c构成的平行六面体。最映晶格对称性质(周期性和对称性映晶格对称性质(周期性和对称性)举例－立方

如：Li,NaKSc,Nb,Ta,Mo,Fe,

简单立方(sc)kkji晶胞和原胞一样，包含一个原子，体积为a3体心立方(bcc)kkjiA11a1111( a3A2232 aijka2a2 1aaijk晶胞包含二个原子，体积为a3。原胞只包原子，体积为a3/2aaaajk12a2 a1aai2ka2321a2A410A其它简单结构CsCl结构TlCl,TlI,CuZn,…

六角密堆结构

Be,Mg,Zn,Cd,石(diamond闪锌矿(zincblende)结构构造α=109°47’闪锌矿(zincblende)结构与石结构的唯一区别不同取向不同取向不同取向晶格指晶列：布喇菲格子的格点组的成分列在一系列相互平行的直线，如[102],[晶面：布喇菲格子的格点组的成分列在一系列相互平行的平面，如(102),(晶向可以由一组3个整数hkl勒指数(MillerIndex)是一组没有整数公约数的hkl，[hkl如：[100111110]。T=勒指数(MillerIndex)是一组没有整数公约数的hkl，[hkl如：[100111110]。对称等效

A 晶面及其米勒晶面也可以米勒指数(hkl)来表示,hkl截距：p3,q2,s乘以分母的最小公倍数,6,得到：(hkl)=(2,3,6)。晶面立方体的常用列相互对称等效的晶面可用{hkl}代表，如{100},{111},{列相互对称等效的晶面可用{hkl}代表，如{100},{111},{110}。一 定

a1a2Khh1b1h2b221b3ab2a3132ab （倒易空间reciprocalspace）点倒易空间又被称为：Fourierspace,k-space,orspace.

射线衍射斑 固体理论的布里渊傅立叶变换实例1：Frequencyandperiod(f =1/T)倒点阵是正点阵的傅 ThereciprocallatticesisthecollectionofpointsthatrepresentallowedvaluesofwavevectorsforFourierseriesandFouriertransformswiththeperiodicityofthelattice.简单立方的倒a1a1a2a3 Ab

a2a3

ajak2aaa aaa3

a3a1

akai2aaa aaa1

a1a2

aiaj2 问题1：bcc的倒点阵是什么？1.正交关系a1.正交关系a ijii以ai为基矢的格子与以bj为基矢的格子，互为正、倒格3.正点阵的晶面h1h2h33.正点阵的晶面h1h2h3)Khh12正倒dd12Khh倒格子和晶格的几何K=K=cba倒点阵的一个应用X射线衍射（选读22dsin劳厄方程

k)lkknKh

Wigner-Seitz··晶体的内聚力完全归因于正负电荷离子晶体(Ionic(Metallic(Covalent分子晶体(VanderWaalsCCCCC·依靠范德瓦尔斯VanderWaals相互作用(～A/R6VanderWaals结合不根本改变其中的电子分布。LennardJonesU(LennardJonesU(R)4PauliVander R

6

金属I,II 离子晶卤族元素化合物(NaCl,CsCl),II-VI(CdS, 基本单元：离子。一种原子上的价电子转移到另

种价电子壳层不满的原子轨道上，形成正、负离子结合力：正负离子间的静电库仑力，马M能离子对外壳层 缚很强，很难使它们脱离缚形成能够自由运动的导电电子。导电性能

Uiz

R/

q2 中心场排斥 共价IV族元素（CSiGeSn C 中子 中子电子显微镜，电子离子扫描隧道显Dueon 。试证六角密堆结构中c

81.633 在面心立方中，晶面指数(h1h2h3)与密勒指数(h l存在如下关系