1.1晶体中能带的形成
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硅 晶格常数（nm) 原子密度(cm-3) 共价半径（nm) 0.543089 5.0×1022 0.117 锗 0.565754 4.4×1022 0.122
2a / 2
B. D.
3a / 4
a/2
a/4
晶体结构
晶格
晶格: 将晶体中的原子结构排列用点阵表示，这些格点可以代
表一个原子，也可代表若干个原子。每个格点都相同，其在空 间分布的周期性与晶体中原子排列的周期性完全一致。
1S
固体中若有N个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来 孤立原子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级,称为能带。 1. 2. 3. 越是外层电子，能带越宽 点阵间距越小，能带越宽 两个能带有可能重叠
晶体中能带的特点
晶体中的电子运动:局域运动+共有化运动 •能带：电子轨道交迭而形成，低能带窄，高能带宽 能带中的能级数取决于晶体中的原子数
面心立方体
* 晶胞 能够最大限度反映晶格对称性的最小基本单元 晶胞能反映晶格对称性的基本单元 晶胞的上下左右前后平移能得到整个晶格 基矢用 a，b，c 表示 面心立方体晶胞
* 原胞 晶格的最小基本单元 以格点为顶点，以三个独立方向上 的周期为边长构成的平行六面体。 基矢用a1，a2，a3表示 沿基矢a1，a2，a3方向平移原胞可覆盖所有晶格 每个元胞仅包含一个格点，所有格点都在原胞的顶点
导带
导带
禁带
禁带
价带
价带
价带
半导体
导体
绝缘体
元素 晶格常数(埃) 禁带宽度(eV)
C 3.57 5.47
Si 5.43 1.12
Ge 5.65 0.6７
Sn 6.49 0.08
*
金刚石结构的原子排列（C，Si，Ge） 109º 28´
另外描述也很好，在看晶格的时候理解结构会
比较有帮助。单晶硅的排列就看做两套面心立 方，沿其立方体对角线位移 1/4 的长度套构而 成。这样一来较复杂的晶格结构就很清晰了。
两个面心立方沿对角 线位移 1/4套构而成
#5 晶格常数为a的金刚石结构，其 形成共价键的二个原子间距为： A. C. a: 晶格常数
GeSi SiC
金刚石（C）、硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型
原子实 +6 2 4 +14 2 8 4 +32 2 8 18 4 +4 价电子
简化原子结构模型
＋4 价 电 子 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 共 价 键
C
＋4
＋4
＋4
晶体中能带的形成
2P 2S
原子中能级
晶体中的能带
#6 面心立方原胞的体积是晶胞的体积： A. 1/2 B. 1/3 C. 1/4 D. 1/6
* 格矢：晶格中所有格点的径向矢量
Rn n1a1 n2 a2 n3a3
晶体中任意一点r和另一点r1若满足：
r 1 r (n 1a1 n2 a2 n3 a3 )
+3 +5 +3 +5 +3
+5 +3 +5 +3 +5
共价四面体
基本单元：高度对称，通过上下左右前后平移能得到整个晶体
,1 ,1
,1
金刚石结构晶胞
#4
,1
,1
原子在平面上的投影距离
属于一个金刚石晶胞的原子数为： A. 8个 B. 12 C. 16 D. 18
单晶硅中的原子会怎样排列?
马国悦 （ 2014-03-03 6:30 下午 ） 那个正四面体构型大家都很熟了，不过我觉得
+4
共价四面体
+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4
*
闪锌矿结构的原子排列（AsGa等Ⅲ-Ⅵ半导体） +5 109º 28´
+3
+5 +3 +5 +3 +5
+3 +5 +3 +5 +3
+5 +3 +5 +3 +5
第一章 半导体中的电子能量状态
晶体中能带的形成 非晶体 固体 晶体 物质 液体 多晶体 单晶体
气体
半导体材料
元素半导体
化合物半导体
IV族半导体
III－V族半导体
II－VI族半导体
IV-IV族半导体
Ge, Si
GaAs,GaN,InP GaAlAs,GaPAs
ZnSe,ZnS,CdTe ZnCdSe,ZnSSe
l1 : l2 : l3 m : n : p
[100]、 [010] 、[001] 、 [Ī00]、[0Ī0] 、[00Ī]等价 用<100>表示 同类晶向记为<mnp> #7 <111> 等价的晶向有_____个. A. 4 B. 6 C. 8 D. 12
#8 <110> 等价的晶向有_____个. A. 4 B. 6 C. 8 D. 12
Rn a2 a1
晶格中每一个格点都等同 其附近物理性质完全相同
Rn 3a1 2a2 0a3
晶列和晶面
*
晶列：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行的 直线上，这些直线系称为晶列。
*
晶向：表示晶列的方向
从原点O沿某个晶列到另一格点P作位移矢量 R l1a l2b l3c
*
晶列指数[mnp]:晶向矢量在三晶轴上投影的互质整数
* 晶面：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行 等距的平面上，这样的平面系、l是晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒 数的互质整数，也称为密勒指数。
•满带：填满电子的能带
•导带：没有被电子填满的能带 •价带： 由价电子填充的能带 •禁带：相邻能带之间的能量状态区域
金刚石晶体的能带
杂化
#11 半导体禁带宽度随温度的上升而____，随压力的增加而___。 A. 增加，增加 B. 增加，减少
C. 减少，增加
D. 减少，减少
半导体、导体、绝缘体的能带
2a / 2
B. D.
3a / 4
a/2
a/4
晶体结构
晶格
晶格: 将晶体中的原子结构排列用点阵表示，这些格点可以代
表一个原子，也可代表若干个原子。每个格点都相同，其在空 间分布的周期性与晶体中原子排列的周期性完全一致。
1S
固体中若有N个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来 孤立原子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级,称为能带。 1. 2. 3. 越是外层电子，能带越宽 点阵间距越小，能带越宽 两个能带有可能重叠
晶体中能带的特点
晶体中的电子运动:局域运动+共有化运动 •能带：电子轨道交迭而形成，低能带窄，高能带宽 能带中的能级数取决于晶体中的原子数
面心立方体
* 晶胞 能够最大限度反映晶格对称性的最小基本单元 晶胞能反映晶格对称性的基本单元 晶胞的上下左右前后平移能得到整个晶格 基矢用 a，b，c 表示 面心立方体晶胞
* 原胞 晶格的最小基本单元 以格点为顶点，以三个独立方向上 的周期为边长构成的平行六面体。 基矢用a1，a2，a3表示 沿基矢a1，a2，a3方向平移原胞可覆盖所有晶格 每个元胞仅包含一个格点，所有格点都在原胞的顶点
导带
导带
禁带
禁带
价带
价带
价带
半导体
导体
绝缘体
元素 晶格常数(埃) 禁带宽度(eV)
C 3.57 5.47
Si 5.43 1.12
Ge 5.65 0.6７
Sn 6.49 0.08
*
金刚石结构的原子排列（C，Si，Ge） 109º 28´
另外描述也很好，在看晶格的时候理解结构会
比较有帮助。单晶硅的排列就看做两套面心立 方，沿其立方体对角线位移 1/4 的长度套构而 成。这样一来较复杂的晶格结构就很清晰了。
两个面心立方沿对角 线位移 1/4套构而成
#5 晶格常数为a的金刚石结构，其 形成共价键的二个原子间距为： A. C. a: 晶格常数
GeSi SiC
金刚石（C）、硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型
原子实 +6 2 4 +14 2 8 4 +32 2 8 18 4 +4 价电子
简化原子结构模型
＋4 价 电 子 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 共 价 键
C
＋4
＋4
＋4
晶体中能带的形成
2P 2S
原子中能级
晶体中的能带
#6 面心立方原胞的体积是晶胞的体积： A. 1/2 B. 1/3 C. 1/4 D. 1/6
* 格矢：晶格中所有格点的径向矢量
Rn n1a1 n2 a2 n3a3
晶体中任意一点r和另一点r1若满足：
r 1 r (n 1a1 n2 a2 n3 a3 )
+3 +5 +3 +5 +3
+5 +3 +5 +3 +5
共价四面体
基本单元：高度对称，通过上下左右前后平移能得到整个晶体
,1 ,1
,1
金刚石结构晶胞
#4
,1
,1
原子在平面上的投影距离
属于一个金刚石晶胞的原子数为： A. 8个 B. 12 C. 16 D. 18
单晶硅中的原子会怎样排列?
马国悦 （ 2014-03-03 6:30 下午 ） 那个正四面体构型大家都很熟了，不过我觉得
+4
共价四面体
+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4
*
闪锌矿结构的原子排列（AsGa等Ⅲ-Ⅵ半导体） +5 109º 28´
+3
+5 +3 +5 +3 +5
+3 +5 +3 +5 +3
+5 +3 +5 +3 +5
第一章 半导体中的电子能量状态
晶体中能带的形成 非晶体 固体 晶体 物质 液体 多晶体 单晶体
气体
半导体材料
元素半导体
化合物半导体
IV族半导体
III－V族半导体
II－VI族半导体
IV-IV族半导体
Ge, Si
GaAs,GaN,InP GaAlAs,GaPAs
ZnSe,ZnS,CdTe ZnCdSe,ZnSSe
l1 : l2 : l3 m : n : p
[100]、 [010] 、[001] 、 [Ī00]、[0Ī0] 、[00Ī]等价 用<100>表示 同类晶向记为<mnp> #7 <111> 等价的晶向有_____个. A. 4 B. 6 C. 8 D. 12
#8 <110> 等价的晶向有_____个. A. 4 B. 6 C. 8 D. 12
Rn a2 a1
晶格中每一个格点都等同 其附近物理性质完全相同
Rn 3a1 2a2 0a3
晶列和晶面
*
晶列：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行的 直线上，这些直线系称为晶列。
*
晶向：表示晶列的方向
从原点O沿某个晶列到另一格点P作位移矢量 R l1a l2b l3c
*
晶列指数[mnp]:晶向矢量在三晶轴上投影的互质整数
* 晶面：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行 等距的平面上，这样的平面系、l是晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒 数的互质整数，也称为密勒指数。
•满带：填满电子的能带
•导带：没有被电子填满的能带 •价带： 由价电子填充的能带 •禁带：相邻能带之间的能量状态区域
金刚石晶体的能带
杂化
#11 半导体禁带宽度随温度的上升而____，随压力的增加而___。 A. 增加，增加 B. 增加，减少
C. 减少，增加
D. 减少，减少
半导体、导体、绝缘体的能带