第一章 固体晶格结构
固体物理 第一章 晶体结构
2 ( a1 a 2 )
倒格矢:Gh=h1b1+h2b2+h3b3
, h1、h2、h3都是整数。
晶胞(单胞)与轴矢坐标系
晶胞:既能反映晶格周期性(平移对称性)又能 反映晶体的对称性特征的重复单元,体积又尽可 能小。 晶胞基矢(轴矢):a、b、c 正格矢 Rl=l1a1+l2a2+l3a3 , l1、l2、l3为有理数
O
c
b a
晶格周期性:
晶格中的物理量都是晶格的周期函数
Q (r ) Q ( Rl r )
求致密度
求简立方结构的致密度
§1.3 晶列、晶面及其表示
晶 列
晶 面
一、晶列与晶列指数
晶列:三维晶格中的一维晶格 晶向:晶列的取向 沿晶向的位移:Rl=l1a+l2b+l3c l1 :l2 : l3=l : m : n
l、m、n 为互质整数 晶列指数: [l m n]
[011]
D
c b 0 a A
C3 (3)
C4 (4)
C6 (6)
对称轴的图示方法
反演对称操作 以某一点为坐标原点,经过使 r 变为-r 的操作后晶体不变,即晶体具有反演对称性。
旋转-反演对称操作(旋转与反演的复合操作)
n次旋转反演对称轴记为 n
对称性原理:
n 1、、、、 2 3 4 6
1 或i
2
或m
3
= 3+i
4、立方晶体中晶列[hkl]垂直于晶面(hkl);
等效晶面:{hkl}
(001) (010) (100)
等效晶面:{100}
§1.4 晶体的宏观对称性
半导体物理与器件习题
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1.如图是金刚石结构晶胞,若a 是其晶格常数,则其原子密度是。
2.所有晶体都有的一类缺陷是:原子的热振动,另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3.半导体的电阻率为10-3~109Ωcm。
4.什么是晶体?晶体主要分几类?5.什么是掺杂?常用的掺杂方法有哪些?答:为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6.什么是替位杂质?什么是填隙杂质?7.什么是晶格?什么是原胞、晶胞?二、第二章量子力学初步1.量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2.什么是概率密度函数?3.描述原子中的电子的四个量子数是:、、、。
三、第三章固体量子理论初步1.能带的基本概念◼能带(energy band)包括允带和禁带。
◼允带(allowed band):允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带(forbidden band):不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带(empty band):不被电子占据的允带。
◼满带(filled band):允带中的能量状态(能级)均被电子占据。
导带:有电子能够参与导电的能带,但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带,但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
固体物理第一章(2)
例2解答:
c
b
0a (101)
c
b
0a (1-22)
c
b
0a (021)
c
b
a (2-10)
例3、在六角晶系中,晶面指数常用(hkml)表示, 它们代表一个晶面的基矢的截距分别为a1/h,a2/k, a3/m,在c轴上的截距为c/l。
证明(1)h+k=-m;
(2)求出O’A1A3、A1A3B3B1、A2B2B5A5和 A1A3A5四个面的面指数。
例1解答:
晶面族(123)截a1、a2和a3分别为1、2、3等份,ABC面是离原点O最近 的晶面,OA长度等于a1的长度,OB长度等于a2长度的1/2,OC长度等于a3 长度的1/3,所以只有A点是格点。若ABC面的指数为(234)的晶面族,则 A、B和C都不是格点。
例2、在简立方晶胞中,画出(101)、(021)、(1-22)和(2-10)晶面。
ra1 n ra1 cos a1, n d
sa2 n sa2 cos a2 , n d
ta3 n tas cos a3 , n d
由此得: c o sa 1 ,n:c o sa 2 ,n:c o sa 3 ,n1:1:1
r a 1 s a 2 ta 3
与上式相比较,有
cos
h1h2k1k2l1l2
h12k12l12 h22k22l22
指数简单的面是最重要的晶面,如(100)、(110)、(111)之类。 这些面指数低的晶面系,其面间距d 较大,原子层之间的结合力弱,晶 体往往在这些面劈裂,成为解理面,一般容易显露。如Ge、Si、金刚石 的解理面是(111)面,而III-V族化合物半导体的解离面是(110)面。
立方晶格的等效晶面
半导体术语解释小结
第一章固体晶体结构小结1.硅是最普遍的半导体材料2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。
晶胞是晶体中的一小块体积,用它可以重构出整个晶体。
三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。
3.硅具有金刚石晶体结构。
原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。
二元半导体具有闪锌矿结构,它与金刚石晶格基本相同。
4.引用米勒系数来描述晶面。
这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。
密勒系数也可以用来描述晶向。
5.半导体材料中存在缺陷,如空位、替位杂质和填隙杂质。
少量可控的替位杂质有益于改变半导体的特性。
6.给出了一些半导体生长技术的简单描述。
体生长生成了基础半导体材料,即衬底。
外延生长可以用来控制半导体的表面特性。
大多数半导体器件是在外延层上制作的。
重要术语解释1.二元半导体:两元素化合物半导体,如GaAs。
2.共价键:共享价电子的原子间键合。
3.金刚石晶格:硅的院子晶体结构,亦即每个原子有四个紧邻原子,形成一个四面体组态。
4.掺杂:为了有效地改变电学特性,往半导体中加入特定类型的原子的工艺。
5.元素半导体:单一元素构成的半导体,比如硅、锗。
6.外延层:在衬底表面形成的一薄层单晶材料。
7.离子注入:一种半导体掺杂工艺。
8.晶格:晶体中原子的周期性排列9.密勒系数:用以描述晶面的一组整数。
10.原胞:可复制以得到整个晶格的最小单元。
11.衬底:用于更多半导体工艺比如外延或扩散的基础材料,半导体硅片或其他原材料。
12.三元半导体:三元素化合物半导体,如AlGaAs。
13.晶胞:可以重构出整个晶体的一小部分晶体。
14.铅锌矿晶格:与金刚石晶格相同的一种晶格,但它有两种类型的原子而非一种。
第二章量子力学初步小结1.我们讨论了一些量子力学的概念,这些概念可以用于描述不同势场中的电子状态。
了解电子的运动状态对于研究半导体物理是非常重要的。
2.波粒二象性原理是量子力学的重要部分。
粒子可以有波动态,波也可以具有粒子态。
固体物理 第1章 晶体结构1
图1-1-7 NaCl类晶格结构的典型单元
(2) CsCl类晶格结构 其好似体心立方晶格,只是体心和顶角是不同的离子
图1-1-8 CsCl类晶格结构的典型单元
图1-1-9 闪锌矿ZnS类晶格结构的典型单元
(3)闪锌矿ZnS类晶格结构 和金刚石类晶格结构相仿,只要在金刚石晶格立方单元的对角线位置上 放置一种原子,在面心立方位置上放置另一种原子(4:4).
�
第一章 晶体结构 固体的结构决定其宏观性质和微观机理,本章主要阐明晶体中 原子排列的几何规则性. §1-1 一些晶格的实例 晶体:组成微粒具有空间上按周期性排列的结构. 晶体: 基元:当晶体中含有多种原子,多种原子构成基本的结构单元. 基元: 格点(结点):结构中相同的位子. 格点(结点):
图1-1-1 结构中相同的位子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1, 2, 3
即任意两元胞中相对应的点的物理性质相同.我们可以用
{l1a1 + l2 a2 + l3 a3 }
表示一种空间点阵,即一组(l1,l2,l3)的取值表示格子中的一个 格点,(l1,l2,l3)所有可能的集合就表示一个空间格子.实际晶 体可以看成在上述空间格子的每个格点上放置一组基元(可为多种 原子).这个空间格子表征了晶格的周期性,称为布拉菲格子.Cu 的面心立方晶格,Si的金刚石晶格和NaCl晶格均具有相同的布拉菲 格子—面心立方格子.它们的晶格结构虽然不同但具有相似的周期 性.自然界中晶格的类型很多,但只可能有十四种布拉菲格子.
图1-1-2 结构,基元及点阵
点阵:晶体中格点的总体,又称为布拉菲点阵,布拉菲格子.这种格子的特点 点阵:
是每点周围的情况都一样. 如果晶体由完全相同的一种原子组成,则这种原子所组成的网格也就是布拉菲 格子,和结点所组成的相同. 如果晶体的基元中包含两种或两种以上的原子,则每个基元中,相应的同种原 子各构成和结点相同的网格,不过这些网格相对地有位移而形成所谓的复式格 子.显然复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套构而成. 晶格:通过点阵中所有节点的平行直线簇和平行平面簇构成的网格. 晶格: 元胞:反映晶格周期性的最小重复单元(侧重最小重复单元,每个元胞中只有 元胞: 一个格点). 晶胞(晶体学单胞):既反映晶格周期性又反映晶格的空间对称性的最小重复 晶胞(晶体学单胞): 单元(侧重空间对称性,每个元胞可能不止一个格点).
1、固体结构1
(
)
(2)对于底面(0001)上的晶向指数: 对过原点的任一晶向,取其上某一结点,自该 结点做三个坐标轴的垂线,取原点至垂足的距 离并化为最小整数,即为[uvt0]。
走步法:所走的 步要满足: u + v =-t
(3)不在底面(0001)上的晶向指数: 可按三轴制标出晶向指数,再化为四轴 制; 可按下列经验步骤标定: 1)将晶向分解成为在(0001)面上和沿C 轴的矢量; 2)找出在(0001)面上矢量在a1 、a2、 a3 上垂直投影值; 3)将此三个数值同时乘以2/3; 4)写出第四轴的投影值; 5)将这4个数值化为最小简单整数,则为 晶向指数。
第一章 固体晶体结构
一. 二. 三. 四. 五.
晶体学基础 金属的晶体结构 合金相结构 离子晶体 共价晶体结构
第一节 晶体学基础
一、晶体中的空间点阵
为研究晶体中的原子、分子的排列情 况,将它们抽象成为规则排列于空间的 无数个几何点。
材料科学基础 I
1、空间点阵
由等同点规则地、周期性重复排列所组 成的三维阵列。简称点阵。 等同点—物理环境和几何环境相同的 点。 阵点:空间点阵中的点。 原子、分子、
Op晶向:分解为沿OC和a3轴反方向的矢量。
a1
a2
a3 ½
1/3 1
[1123]
C ½
1/3 1 -2 3
(1 10) - (1 100) -- [2 1 1 0]
-
垂直投影 × 2/3 第四轴值 化简 1
-1
-2/3
(010)
-
(100) - (1010)
-
c
(1 10) - (1100)
-
(0110) p a3
固体物理第一章晶体结构
第一章 晶体结构 美丽的晶体
§1.1 一些晶格的实例
*
晶格 —— 晶体中原子排列的具体形式。
1.元素晶体
一维
二维
二维密排堆积
二维正方堆积
*
三维
a. 简单立方晶格
(simple cubic, sc)
原子球在一个平面内呈现为正方排列
平面的原子层叠加起 来得到简单立方格子
一个碳原子和其它四个碳 原子构成一个正四面体
金刚石晶格结构的典型单元
金刚石结构的配位数:4
3
2
1
4
5
Diamond
*
Graphite
*
2. 化合物晶体
*
1) NaCl晶格结构 氯化钠由Na+和Cl-结合而成 —— 一种典型的离子晶体 Na+构成面心立方格子;Cl-也构成面心立方格子 典型晶体:NaCl、LiF、KBr
复式晶格包含多个等价原子,每类等价原子各构成一个简单晶格,这些简单晶格彼此相同。复式晶格是由等价原子的简单晶格嵌套而成。 SC + 双原子基元
a1
a2
二、基矢和原胞----描述周期性
1.晶格的原胞:晶格中最小的周期性单元。
2.基矢:原胞的边矢量,一般用 、 、 表示。
每个原胞中只包含一个格点。
晶胞的三个棱边矢量用 , , 表示称为轴矢(或晶胞基矢),其长度a,b,c ,称为晶格常数。
晶胞是晶格中最典型的周期性单元。能够同时反映晶格的周期性和对称性。
三、简单晶格的原胞
*
下面对结晶学中属于立方晶系的简立方、体心立方和面心立方晶格的固体物理原胞进行分析。 sc 晶胞: 基矢 体积 原胞: 基矢 体积
*
固体物理课件 第一章 晶体结构
晶面指数(122)
a
c b
(100)
(110)
(111)
在固体物理学中,为了从本质上分析固体的性质,经常要研究晶体中的 波。根据德布罗意在1924年提出的物质波的概念,任何基本粒子都可以 看成波,也就是具备波粒二象性。这是物理学中的基本概念,在固体物 理学中也是一个贯穿始终的概念。
在研究晶体结构时,必须分析x射线(电磁波)在晶体中的传播和衍射 在解释固体热性质的晶格振动理论中,原子的振动以机械波的形式在晶 体中传播;
1 3 Ω = a1 ⋅ a 2 × a 3 = a 2
(
)
金刚石
c
c
面心立方
钙钛矿 CaTiO3 (ABO3)
Ca
O
Ti
简单立方
所有的格点都分布在相互平行的一族平面 上,且每个平面上都有格点分布,这样的 平面称为晶面,该平面组称为晶面族。
特征: (1)同一晶面族中的晶面相互平行; (2)相邻晶面之间的间距相等;(面间距是
至今为止,晶体内部结构的观测还需要依靠衍射现象来进行。
(1)X射线 -由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 早在1895年伦琴发现x射线之后不久,劳厄等在1912年就意识到X射线的 波长在0.1nm量级,与晶体中的原子间距相同,晶体中的原子如果按点阵排 列,晶体必可成为X射线的天然三维衍射光栅,会发生衍射现象。在 Friedrich和Knipping的协助下,照出了硫酸铜晶体的衍射斑,并作出了正确 的理论解释。随后,1913年布拉格父子建立了X射线衍射理论,并制造了第 一台X射线摄谱仪,建立了晶体结构研究的第一个实验分析方法,先后测定 了氯化钠、氯化钾、金刚石、石英等晶体的结构。从而历史性地一举奠定 了用X射线衍射测定晶体的原子周期性长程序结构的地位。 时至今日,X射线衍射(XRD)仍为确定晶体结构,包括只具有短程序的无 定型材料结构的重要工具。
固体物理第1章晶体结构1晶格的描述B晶格描述方法
Solid State Physics
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
晶体结构 晶体的结合 晶格动力学 能带论 金属电子论 半导体电子论 固体磁性 固体超导
1 晶格的描述 2 倒格子 3 晶体的宏观对称性、群定义 4 点群、空间群与晶格分类 5 晶体X射线衍射 6 准晶
42
例:在立方晶胞中,画出
晶面
43
• 金刚石结构
补:原子位置的表示
46
8
简单晶格 —— 基元是一个原子 复式晶格 —— 基元是一个以上原子
9
Graphene?
原胞(元胞,初基元胞) primitive cell
(见后面的例子:面心立方、体心立方)
单胞 (晶胞,结晶学原胞) —— 为了反映晶格的对称性,常 取最小重复单元的几倍作为重复单元
代表单胞三个边的矢量称为单胞的基矢
复式晶格:任一原子a的位矢
ra
Rl
ra
l1a1
l2a2
l3a3
,
a 1, 2, 3
原胞中各种等价原子之间的相对位移
—— 金刚石晶格
—— 碳1位置
—— 碳2位置
对角线位移
体对角线 B
7
—— 晶体可以看作是在布拉维点阵(Bravais Lattice)的每一 个格点上放上一组原子(Basis 基元)构成的
vv b aj,
cv
v ak
每一个பைடு நூலகம்胞含几个原子?
单胞的体积
V
a
(b
c)
a3
14
体心立方晶格 原胞基矢?
ak
a1 a2 a j
a3
ai
原胞的体积? 单胞基矢?
尼曼半导体物理与器件第一章课件
广义原胞
尼曼半导体物理与器件第一章
12
1.3.2 基本的晶体结构
立方晶系基本的晶体结构:
常见的三个基本的立方结构 (1)简单立方结构(sc) (2)体心立方结构(bcc) (3)面心立方结构(fcc)
尼曼半导体物理与器件第一章
13
➢简立方结构 Simple Cubic
每个顶角有一个原子
z
➢ 体心立方结构 Body Centered Cubic
• 原胞:可以复制得到整个晶格的最小单元。
单晶晶格二维表示
•晶格、原胞的选取都不是唯一的。
尼曼半导体物理与器件第一章
11
•晶胞和晶格的关系用矢量 a 、b 、c 表示,三个矢 量可不必互相垂直,长度可以不相等,基矢长度称 为晶格常数 。
•每个等效格点可用下述矢量表示
rpaqbsc
•其中,p、q、s为整数。
1. 离子晶体:离子键,例如NaCl晶体等; 2. 共价晶体:共价键,例如Si、Ge以及GaAs晶体等; 3. 金属晶体:金属键,例如Li、Na、K、Be、Mg以及Fe、 Cu、Au、Ag等; 4. 分子晶体:范德华键,例如惰性元素氖、氩、氪、氙等 在低温下则形成分子晶体,HF分子之间在低温下也通过范 德华键形成分子晶体。
• 第六章 半导体中的非平衡过剩载流子
半 • 第七章 pn结
导 • 第八章 pn结二极管
体 器
• 第九章 金属半导体和半导体异质结
件 • 第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
基 • 第十一章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管:概念深入
础 • 第十二章 双极晶体管
• 第十三章 结型场效应晶体管 • 第十四章 光器件
1.11(a)-(c) 1.16 1.24(Si晶格常数5.43Å)
第一章 固体晶格结构
晶体结构-晶向
(100) (110)
(111)
晶体结构-晶向
晶 向:通过晶体中原子中心的不同方向的原
子列 [hkl]
R
OR=l1a+l2b+l3c
取l1:l2:l3=m:n:p,m,n,p为互质整数 称m、n、p为晶列指数,记作[mnp],表示某 个晶向。 同类晶向记为<mnp> 如<100>表示------等6个同类晶向 <110>表示------等12面对角线晶向 <111>表示------等8个体角线晶向
1.3.4 金刚石结构
Ge、Si是金刚石构。
2、铅(闪)锌矿结构:由两种不同原子组成的面心立方,沿 空间对线方向平移1/4对角线长度套构而成。
GaAs中镓原子密度为?
GaAs是铅锌矿结构。其中每个镓原子有四个最近邻的砷原子,每个砷原 子有四个近邻的镓原子。
1.4 原子价键
(1)离子键与离子晶体: (NaCl 库仑力)
注:在立方晶系中,晶列指数和晶面指 数相同的晶向和晶面之间是互相垂直的。 如[100] ⊥(100), [111] ⊥(111)
1.3.4 金刚石结构
• 金刚石结构
1.3.4 金刚石结构
1、金刚石结构(金刚石结构晶胞)是由4个共价四面体组成的,上一个正 立方体在其八个顶角上和六个面心上各有一个原子,在立方体的内部有四 个原子,分别位于四条空间对角线上且与最近邻的顶角原子距离为 1/4对 角线长度。 所谓金刚石结构即两个面心立方沿空间对角线方向即<111>方向相互平 移1/4对角线长度套构而成。 原子密度:
(2)外延生长法 外延生长: 在单晶衬底的表面上生长一层薄单晶工艺。
1 固体晶格结构
CsCl:4.11×10-10 m ; CuZn:2.94×10-10 m ; AlNi: 2.88 AgMg:3.29 LiHg:3.29 TlBr: 3.97
晶体结构 = 晶体点阵 +
反映原子周期 排列的方式 它是等同点的集合,反映的 是理想的、无限大的、没有 缺陷的晶体中,原子排列的 情况。是抓住晶体核心特点 后的一种高度概括,将在晶 体理论中起到极其重要作用 。
二维点阵的基矢和原胞
a2
Ⅲ a1
a2
Ⅳ
Ⅰ
a1
a2
Ⅱ a1
a2 a1
Ⅰ
这是一个二维简单斜方点阵,原胞和基矢的选取都 不是唯一的,但一定有相同的面积。一般我们选Ⅰ 为代表该点阵的原胞,称作斜方点阵。
另一标准选取法:Wigner-Seitz原胞
以格点为中心,取 和近邻格点连线垂 直平分线(面)围 成的面积(体积) 为原胞。
a1 (a2 a3 )
原则上,原胞可以有多种取法,只要是晶体的最 小重复单元即可。但无论如何选取,原胞均有相同的 体积,每个原胞只含有一个格点。为了统一期间,人 们约定成俗地为每种点阵规定了代表该点阵的惯用晶 胞,它可以是原胞,它也可以是原胞的整倍数。
原胞也称初基晶胞,或固体物理原胞, 求解固体性质,只需要在一个原胞内进行即 可。比如已知原胞内距端点 r 处的某种性质 ,则通过格矢平移后所有 r′位置处的性质都 是相同的。 V (r ') V (r Rn ) V (r n1a1 n2a2 n3a3 ) V (r ) 这里,我们充分地利用了晶体中原子做周期 性排列的特点,给求解晶体性质带来了极大 的简化。
几种常用晶格结构
面心立方结构
晶体形态
固体物理学第一章 晶体的结构(1)
1.3 晶向、晶面和它们的标志 晶体周期性的描述通常还要用到:晶列、晶向、晶 面和密勒指数、面间距等概念。
(1)晶列
• 通过Bravias格子的任意两点连一条直线,该直线上包括无限多 个格点,这样的直线称晶列.晶体外观上所见的晶棱为个别晶列。
• 通过其它任一格点可引出与原晶列平行的晶列,这些
相互平行的晶列族将包含全部的格点。 • 晶列的性质:同一晶列族上,格点具有 相同的周期分布 • 通过一个格点可以引出无数晶列,晶列 数目是无限的,(晶列的性质)。
固体由大量原子(离子)组成,1022—1023/cm3。晶体中原子、 离子的排列是有规律的,这种排列方式称固体晶体的结构。固体 的宏观物理性质是由组成材料的[原子、分子和离子]成分和原子 分子的排列方式共同决定的。
可以将固体分为:晶体和非晶体。 晶体:原子严格按一定周期性的规则排列,具有周期性和平移对 称性 ,即长程有序。 非晶:原子排列短程有序,长程无序。 何为长程有序呢?主要是与原子的尺寸相比。 晶体分为:单晶:理想的大块晶体 多晶:有许多晶粒组成的晶体 1984年 D.Shechtman等从实验上发现了具有五重旋转对称性的 不同于晶体和非晶体的固体,称准晶。准晶从结构上讲,其有序 程度是介于晶体和非晶之间的。
(2) 体心立方结构(bcc) • 排列方式:ABABAB….. • a为原子间的距离, 称为晶格常数。对角线距离
0.31ro
a
ro
• 体心立方结构晶体自然界中很多:Li, Na, K,ro 2ro 3
(3)六角密排结构(主要是金属晶体) • 排列方式:ABABAB….. • 层内原子密排列,层之 间原子紧密接触。 • 自然界中。碱土金属Be, Mg 及Zn, Cd, Ti等三十多种晶体
固体物理与半导体物理第一章 晶格结构-晶面晶向
一. 晶向符号(三轴,如立方)
用三指数u,v,w表示晶向符号。 确定三轴坐标系下晶向指数[uvw]的步骤如下: (1)设坐标 以晶胞的某一阵点O为原点,过原点O的晶轴为坐标轴x, y , z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。
立方 晶系 中阵 点坐 标
5
(2) 求坐标 过原点O作一直线OP,使其平行于待定晶向。在直线 OP上任取(除原点外)一个阵点P,确定P点的3个坐 标值X、Y、Z。
15
<111>=?
<111>=[111]+[111]+[111]+[111]+ [TT1]+[1TT]+[T1T]+[TTT] 晶向族:任意交换指数的位置和改变符号后的所有指数。
<112>=?
<123>=?
16
二. 晶面指数(三轴,如立方)
晶面符号中应用最广的是米氏符号,由英国学者米勒尔在 1839年创立。 1、确定立方晶系晶面指数(hkl)的步骤如下: 设坐标: 在点阵中设定参考坐标系,设置方法与确定晶向指数时 相同;原点设在待求晶面以外。
e.g., x-axis [100] y-axis [010] z-axis [001]
[110]
8
9
若原点不在待标晶向上,还可以这样操作:
(1)找出该晶向上两点的坐标(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2); (2)将(x1-x2),(y1-y2),(zl-z2)化成互质整数u,v,w; (3)满足u:v:w=(x1一x2):(y1一y2) :(zl—z2)。
32
晶面间距的计算
晶面间距可根据一些几何关系求得
h、k、l为晶面指数(hkl),a、b、c为点阵常数, α、β、γ为晶面法线方向与晶轴夹角。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
30
31
32
33
34
35
36
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
Kr
37 38 Rb Sr
39 40 41 42 43 44 45 46 47
48
49
50
51
52
53
54
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In
Sn
Sb
Te
I
Xe
55 56
非晶、多晶和单晶示意图
1.3 空 间 晶 格
晶 格:晶体原子的周期性排列称为晶格。 格 点:组成晶体的原子(或离子)的重心位置称为格点。 点 阵:格点的整体称为点阵。在点阵的每个阵点上附有一群原子,这样
一个原子群称为基元,基元在空间重复就形成晶体结构。 点阵+基元=晶体结构
1.3.1原胞和晶胞 原 胞:晶格的最小周期单元,只反映晶格周期性,不反映对称性, 一个原胞平 均只包含一 个格点。 晶 胞:晶体结构的基本单元,能够充分反映整个晶体的结构特点,既反映 周期性又反映了各种对称性,整块晶体就是晶胞周期平移而成。
原胞
对于任何给定的晶体,可以用来形成其晶体结构的 最小单元
注:(a)原胞无需是唯一的
( b)原胞无需是基本的
1.3.2 基本的晶体结构
• 简立方sc 体心立方bcc 面心立方fcc
晶格常数:在立方晶系中,通常取三个互相垂直的坐标轴,称为晶轴,通
常通常取立方体的边长a作为长度单位,称为晶格常数。
基
•
Fr Ra
Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
*镧系元素
57 58 59 60 61 62 63 64 65 *
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb
•放射性元素
89 90 91 92 93 94 95 96 97 •
晶体结构-晶向
材料 电阻率ρ(Ωcm)
导体 < 10-3
半导体 10-3~109
绝缘体 >109
半导体:半导体的电阻率 (10- 3Ωcm<ρ < 109 Ω cm)介于
导体和绝缘体之间,半导体的性质容易受到外界的光照、 热、磁、电及微量杂质的含量的变化而改变性质。
半导体材料体系
I. 宽禁带半导体概述
Group Period
体材料、 薄膜材料、 微结构材料、人工设计材料……
1.2 固 体 类 型
长期以来将固体分为:晶体和非晶体。 晶 体:具有一定外形和固定熔点,更重要的是晶体内部原子(或离
子)在较大范围(至少微米数量级)是按一定方式有规则排列 而成(称为长程有序)(如Si,Ge,GaAs)。
非晶体:没有规则的外形和固定的熔点,内部结构上不存在长程有
原子的面密度:P9例1.3
晶面的表示例:
(1)平面截距:3,2,1 (2)平面截距的3,6 平面用(236)标记,这些整数称为 密勒指数。
1.3.3 晶面和密勒指数 • 简立方晶体的三种晶面
(100)
(110)
(111)
同类晶面:记为{hkl}如{100}表示:
序,但在较小范围内(几个原子间距)仍存在结构上的有序排 列(称为短程有序)。
晶 体---分为单晶和多晶
单晶:整个晶体主要由原子或离子的一种排列方式贯穿始终,
常用的半导体材料锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓 (GaAs)都是单晶。
多晶:由许多小晶粒杂乱的堆积而成,如各种金属材料和电子陶瓷材 料。(晶界分离) 。
第一章—固体晶格结构
2016年8月
第一章 固体晶格结构
1.1 半导体材料 1.2 固体类型 1.3 空间晶格 1.4 原子价键 1.5 固体中的缺陷和杂质 1.6 半导体材料的生长 1.7 小结
问题:为什么要研究半导体材料?
为什么要研究半导体材料?
1.1 半导体材料
什么是半导体
按不同的标准,有不同的分类方式。 按固体的导电能力区分,可以区分为导体、半导体和绝缘体
71 72 73 74 75 76 77 78 79
80
81
82
83
84
85
86
*
Cs Ba
Lu Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
87 88
103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
矢:
在立方方晶系中,通常取三个相互垂直的边作为三个坐标轴——晶轴;
通常取立方体边长a作业长度单位——晶格常数。
P7 例1.1
1.3.3 晶面和密勒指数
晶面:晶格中所有格点可以看作是全部包含在一系列相互平行等 间距的平面系上,这样的平面系叫晶面族。
晶面的表示: (1)通常取某一晶面与三个晶轴垂直的截距的 倒数的互质整数,即: 1/r:1/s:1:t=h:k:l,称h,k, l为晶面指数或 密勒指数,记为(hkl),称为(hkl)平面; (2)任何平等的平面都是彼此等效的。 (3)若晶面与某晶轴平行,截距∞,对应的 Miller指数为0,负号写在对应指数上方。
1 2 3 4 5 6 7
半导体体系
12
1 H
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
15
16
17
18
IV族半导体: Ge, GeSi, Si, SiC, C 2
He
34 Li Be
5
6
7
8
9
10
B
C
N
O
F
Ne
11 12 Na Mg
13
14
15
16
17
18
Al Si
P
S
Cl Ar
19 20 K Ca
21 22 23 24 25 26 27 28 29
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk
II-VI族半导体
Zn(Mg,Cd,Hg)O
Zn(Mg,Cd,Hg)S
66
67
68
69
70
Dy Ho Er Tm Yb
III-V族半导体 98
99 100 101 102
Cf Es Fm Md No
Ga(Al,In)As
Ga(Al,In)P
Ga(Al,In)N
1.1 半导体材料
半导体材料的研究历程: 第一代:硅(Si)、锗(Ge) 第二代:砷化镓(GaAs) 、磷化铟(InP) 第三代:氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、金刚石
半导体材料分类
元素半导体,如硅(Si)、锗(Ge)
半导体材料分类:
化合物半导体,如砷化镓(GaAs)、 磷化镓(GaP)、碳化硅(SiC)、 氮化镓(GaN)磷化铟(InP) 三元素化合物:AlxGa1-xAS