第一章 固体晶格结构

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。
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半导体体系
12
1 H
3
4
5
6
7
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9
10 11 12
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15
16Hale Waihona Puke Baidu
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
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15
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18
Al Si
P
S
Cl Ar
19 20 K Ca
21 22 23 24 25 26 27 28 29
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） 。
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)平面截距的倒数：1/3，1/2，1 (3) 倒数乘以最小公分母：2，3，6 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：
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
晶体结构-晶向
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
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
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80
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*
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
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
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
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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
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Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In
Sn
Sb
Te
I
Xe
55 56
•
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 •
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。
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
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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