半导体光电子学

三　半导体晶体的结构　

1、晶体结构

晶体分为单晶－原子排列有序、多晶－局部有序、无定形－排列无序了。

单胞（原胞）：描述晶体机构的最小单元

特点：非唯一性，

非基本性，可任意选取。　

合理选择有两种：

固体物理学原胞

结晶学原胞

晶体分类：

任意相邻不在同一个平面上的四个原子组合

β

αγ1a 2a 3a

三斜晶系： 321a a a ≠≠

单斜晶系： 321a a a ≠≠ °=90α ，°90≠γ≠β

正交晶系： 321a a a ≠≠ °===90γβα

321a a a == °<°≠12090γβα、、

三角晶系： 四方晶系： 321a a a ≠= °===90γβα

六方晶系 321a a a ≠= °==°=90,120γβα

正方体晶系 321a a a == 90===γβα

正方体晶系也称三维立方单胞，通常分为：

简单立方，（每位点原子为八晶格共存）， 所含

原子数为 1， a为单胞边长或晶体常数 体心立方： 2

面心立方： 4

2、半导体晶体的结构

金刚石的晶体：两套交错的面心立方体系组成其中

一套位于另一套的对角线的1/4 处,

Si, Ge 与此相同

GaAs 完全与此类似：类金刚石晶体

硅的晶格常数 a=5.43Å

例 1立方厘米硅中有多少个原子，原子最近的距离

3、 晶体的密勒指数

用来描述晶片（晶体作成的器件）晶体内晶面和晶向或晶列的取向。

晶面密勒指数

选截距（正负） 取倒数 化整 （结果），见书P5，注意其中 “1”“0”意义：晶向密勒指数

取投影 化整（最小公倍数） [ ] ，其中“1“ “0” 意义

等价晶向系：

{100}=（100）、(010)、(001)、(100)、(010)、(001)，

系列晶面具有相同的原子配置等价性，彼此不可分 等价晶向系： <100> 系列晶向是等价的

4、晶体中的热缺陷及位错

热缺陷（点缺陷）：原子在晶格的平衡位置上做热振动使晶体的周期性受到破坏，从而产生缺陷。

它表现为三种情形：

弗仑克尔缺陷－原子脱离格点后，同时形成空格点和间隙原子，空格点数等于间隙原子数。

肖脱基缺陷－原子从内部跑到表面以外的一个正常位置上构成新的一层，内部形成一个空格。

间隙原子－晶体表面上的原子跳到晶体内部晶格的间隙位置上，形成间隙原子。

位错（线缺陷）：当晶体受到应力作用时会发生形变，导致晶面之间产生相对的滑移，从而形成位错。

5、 晶体的生长

超纯硅的获取

碳处理氯化处理

二氧化硅 不纯的元素硅 SiCl4液态 蒸馏 超纯SiCl4 超纯多晶硅

氢气处理

单晶硅的形成

利用熔化的多晶在熔化温度降低的籽晶（单晶硅）周围固化，生长出与籽晶相同的晶体，旋转籽晶可连续生长。