半导体的能带结构
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原子规则堆积的意义：把晶格设想成为原子规则堆 积，有助于理解晶格组成，晶体结构及与其有关的 性能等。
.
1. 简单立方晶格
特点：
层内为正方排列，是原子球规则排列的最简单形式；
原子层叠起来，各层球完全对应，形成简单立方晶格；
这种晶格在实际晶体中不存在，但是一些更复杂的晶格
可以在简单立方晶格基础上加以分析。பைடு நூலகம்
• 晶体的基元中包含两种或两种以上原子，每个基 元中，相应的同种原子各构成和结点相同网格----子 晶格（或亚晶格）。
• 复式格子（或晶体格子）是由所有相同结构子晶 格相互位移套构形成。
.
二、晶格的实例
1. 简单立方晶格 2. 体心立方晶格 3. 原子球最紧密排列的两种方式
晶体格子（简称晶格）：晶体中原子排列的具体形 式。
无机半导体晶体材料
元素半导体 化合物半导体 固溶体半导体
.
熔点太高、
不易制成
单晶
Si
Ge
C
B
Se
稀 少
低温某 种固相
元素
Te
半导体
Sn As
P I S Sb
(1)元素半导体晶体
不稳定、 易挥发
.
*化合物半导体及固溶体半导体
SiC
InP、GaP、 GaAs、InSb、
InAs
AsSe3、AsTe3、 AsS3、SbS3
ρGe=0.2Ωcm 绝缘体：ρ＞109Ωcm
.
●电阻温度系数
绝 缘 体 R
半导体
T
.
半导体材料的分类
按功能和应用分
微电子半导体 光电半导体
热电半导体 微波半导体 气敏半导体
∶ ∶
.
按组成分： 按结构分:
无机半导体：元素、化合物
有机半导体 晶体：单晶体、多晶体
非晶、无定形
.
*无机半导体晶体材料
•
•
•
•
原子球的正方排列
•
•
•
•
简单立方晶格典型单元
.
简单立方晶格的原子球心形成一个三维立方格子结 构，整个晶格可以看作是这样一个典型单元沿着三 个方向重复排列构成的结果。
• • •
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• • •
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1 . 点子
空间点阵学说中所称的点子，代表着结构中相同的位 置，也为结点，也可以代表原子周围相应点的位置。
关于结点的说明： 当晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是原子本身位置。 当晶体中含有数种原子，这数种原子构成基本结构单元（基元）， 结点可以代表基元重心，原因是所有基元的重心都是结构中相同 位置，也可以代表基元中任意点子
原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴方向；
原胞体积为物理学原胞体积的整数倍数。 .
4 .结点的总结------布喇菲点阵或布喇菲格子
布喇菲点阵的特点：
每点周围情况都一样。是由一个结点沿三维空间周 期性平移形成，为了直观，可以取一些特殊的重复 单元（结晶学原胞）。
• 完全由相同的一种原子组成，则这种原子组成的 网格为布喇菲格子，和结点所组成的网格相同。
为非晶体。 了解固体结构的意义： 固体中原子排列形式是研究固 体材料宏观性质和各种微观过程的基础。
.
2.1.1 空 间 点 阵
一、布喇菲的空间点阵学说
晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间 有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称 为点阵。
（该学说正确地反映了晶体内部结构长程有序特征，后来 被空间群理论充实发展为空间点阵学说，形成近代关于晶 体几何结构的完备理论。）
.
晶体结构
2.1.1 空间点阵 2.1.2 密勒指数 2.1.3 倒格子
固体的结构分为： 非晶体结构
多晶体结构
晶体结构：原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期
性，或者称长程有序。有此排列结构的材料为晶体。
晶体中原子、分子规则排列的结果使晶体具有规则的几何 外形，X射线衍射已证实这一结论。
非晶体结构：不具有长程有序。有此排列结构的材料
.
原胞概念的引出： 由于晶格周期性，可取一个以结点为顶点，边长等于 该方向上的周期的平行六面体作为重复单元，来概括 晶格的特征。 即每个方向不能是一个结点（或原子）本身，而是一 个结点（或原子）加上周期长度为a的区域，其中a叫 做基矢 。 这样的重复单元称为原胞。
平行六面体
.
原胞（重复单元）的选取规则
第二章： 半导体的能带结构
2．1 半导体的结构 2. 2 半导体的能带结构
.
2．1 半导体的结构 **半导体简介
从导电性（电阻）：
固体材料可分成：超导体、导体、 半导体、绝缘体
电阻率ρ介于导体和绝缘体之间，并且具有 负的电阻温度系数→半导体
.
●电阻率
导体： ρ＜10-3Ωcm 例如：ρCu~10-6Ωcm 半导体：10-2Ωcm＜ρ＜109Ωcm
结点. 示例图
2 . 点阵学说概括了晶体结构的周期性 晶体由基元沿空间三个不同方向，各按一定的距离周期 性地平移而构成，基元每一平移距离称为周期。 在一定方向有着一定周期，不同方向上周期一 般不相同。 基元平移结果：点阵中每个结点周围情况都一样。
.
3 . 晶格的形成 通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族 和平行的晶面族，点阵成为一些网格------晶格。
反映周期性特征：只需概括空间三个方向上的周期大
小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只 在顶角上。
•• • •• •
反映对称性特征：
•• • •• • •• • •• •
晶体都具有自己特殊对称性。 • • • • • •
结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶 角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）；
.
*.非晶态半导体
(1)非晶Si、非晶Ge以及非晶Te、Se元素半 导体
(2)化合物有GeTe、As2Te3、Se4Te、 Se2As3、As2SeTe非晶半导体
.
*有机半导体
有机半导体
有机分子晶体 有机分子络合物 高分子聚合物
酞菁类及一些多环、稠环化合物， 聚乙炔和环化脱聚丙烯腈等导电高分 子，他们都具有大π键结构。
Ⅳ-Ⅳ族
Ⅴ-Ⅵ族
化合物 半导体
Ⅲ-Ⅴ族 Ⅱ-Ⅵ族
CdS、CdTe、 CdSe、
ZnS
GeS、SnTe、 GeSe、PbS、
PbTe
Ⅳ-Ⅵ族
.
金 属氧化物
CuO2、ZnO、 SnO2
★过渡金属氧化物半导体：有ZnO、SnO2、 V2O5 、 Cr2O3 、 Mn2O3 、 FeO 、 CoO 、 NiO 等 。 ★尖晶石型化合物（磁性半导体）：主要有 CdCr2S4、CdCr2Se4、HgCr2S4等。 ★稀土氧、硫、硒、碲化合物：有EuO、EuS、 EuSe、EuTe 等。
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1. 简单立方晶格
特点：
层内为正方排列，是原子球规则排列的最简单形式；
原子层叠起来，各层球完全对应，形成简单立方晶格；
这种晶格在实际晶体中不存在，但是一些更复杂的晶格
可以在简单立方晶格基础上加以分析。பைடு நூலகம்
• 晶体的基元中包含两种或两种以上原子，每个基 元中，相应的同种原子各构成和结点相同网格----子 晶格（或亚晶格）。
• 复式格子（或晶体格子）是由所有相同结构子晶 格相互位移套构形成。
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二、晶格的实例
1. 简单立方晶格 2. 体心立方晶格 3. 原子球最紧密排列的两种方式
晶体格子（简称晶格）：晶体中原子排列的具体形 式。
无机半导体晶体材料
元素半导体 化合物半导体 固溶体半导体
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熔点太高、
不易制成
单晶
Si
Ge
C
B
Se
稀 少
低温某 种固相
元素
Te
半导体
Sn As
P I S Sb
(1)元素半导体晶体
不稳定、 易挥发
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*化合物半导体及固溶体半导体
SiC
InP、GaP、 GaAs、InSb、
InAs
AsSe3、AsTe3、 AsS3、SbS3
ρGe=0.2Ωcm 绝缘体：ρ＞109Ωcm
.
●电阻温度系数
绝 缘 体 R
半导体
T
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半导体材料的分类
按功能和应用分
微电子半导体 光电半导体
热电半导体 微波半导体 气敏半导体
∶ ∶
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按组成分： 按结构分:
无机半导体：元素、化合物
有机半导体 晶体：单晶体、多晶体
非晶、无定形
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*无机半导体晶体材料
•
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原子球的正方排列
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简单立方晶格典型单元
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简单立方晶格的原子球心形成一个三维立方格子结 构，整个晶格可以看作是这样一个典型单元沿着三 个方向重复排列构成的结果。
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1 . 点子
空间点阵学说中所称的点子，代表着结构中相同的位 置，也为结点，也可以代表原子周围相应点的位置。
关于结点的说明： 当晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是原子本身位置。 当晶体中含有数种原子，这数种原子构成基本结构单元（基元）， 结点可以代表基元重心，原因是所有基元的重心都是结构中相同 位置，也可以代表基元中任意点子
原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴方向；
原胞体积为物理学原胞体积的整数倍数。 .
4 .结点的总结------布喇菲点阵或布喇菲格子
布喇菲点阵的特点：
每点周围情况都一样。是由一个结点沿三维空间周 期性平移形成，为了直观，可以取一些特殊的重复 单元（结晶学原胞）。
• 完全由相同的一种原子组成，则这种原子组成的 网格为布喇菲格子，和结点所组成的网格相同。
为非晶体。 了解固体结构的意义： 固体中原子排列形式是研究固 体材料宏观性质和各种微观过程的基础。
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2.1.1 空 间 点 阵
一、布喇菲的空间点阵学说
晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间 有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称 为点阵。
（该学说正确地反映了晶体内部结构长程有序特征，后来 被空间群理论充实发展为空间点阵学说，形成近代关于晶 体几何结构的完备理论。）
.
晶体结构
2.1.1 空间点阵 2.1.2 密勒指数 2.1.3 倒格子
固体的结构分为： 非晶体结构
多晶体结构
晶体结构：原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期
性，或者称长程有序。有此排列结构的材料为晶体。
晶体中原子、分子规则排列的结果使晶体具有规则的几何 外形，X射线衍射已证实这一结论。
非晶体结构：不具有长程有序。有此排列结构的材料
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原胞概念的引出： 由于晶格周期性，可取一个以结点为顶点，边长等于 该方向上的周期的平行六面体作为重复单元，来概括 晶格的特征。 即每个方向不能是一个结点（或原子）本身，而是一 个结点（或原子）加上周期长度为a的区域，其中a叫 做基矢 。 这样的重复单元称为原胞。
平行六面体
.
原胞（重复单元）的选取规则
第二章： 半导体的能带结构
2．1 半导体的结构 2. 2 半导体的能带结构
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2．1 半导体的结构 **半导体简介
从导电性（电阻）：
固体材料可分成：超导体、导体、 半导体、绝缘体
电阻率ρ介于导体和绝缘体之间，并且具有 负的电阻温度系数→半导体
.
●电阻率
导体： ρ＜10-3Ωcm 例如：ρCu~10-6Ωcm 半导体：10-2Ωcm＜ρ＜109Ωcm
结点. 示例图
2 . 点阵学说概括了晶体结构的周期性 晶体由基元沿空间三个不同方向，各按一定的距离周期 性地平移而构成，基元每一平移距离称为周期。 在一定方向有着一定周期，不同方向上周期一 般不相同。 基元平移结果：点阵中每个结点周围情况都一样。
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3 . 晶格的形成 通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族 和平行的晶面族，点阵成为一些网格------晶格。
反映周期性特征：只需概括空间三个方向上的周期大
小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只 在顶角上。
•• • •• •
反映对称性特征：
•• • •• • •• • •• •
晶体都具有自己特殊对称性。 • • • • • •
结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶 角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）；
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*.非晶态半导体
(1)非晶Si、非晶Ge以及非晶Te、Se元素半 导体
(2)化合物有GeTe、As2Te3、Se4Te、 Se2As3、As2SeTe非晶半导体
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*有机半导体
有机半导体
有机分子晶体 有机分子络合物 高分子聚合物
酞菁类及一些多环、稠环化合物， 聚乙炔和环化脱聚丙烯腈等导电高分 子，他们都具有大π键结构。
Ⅳ-Ⅳ族
Ⅴ-Ⅵ族
化合物 半导体
Ⅲ-Ⅴ族 Ⅱ-Ⅵ族
CdS、CdTe、 CdSe、
ZnS
GeS、SnTe、 GeSe、PbS、
PbTe
Ⅳ-Ⅵ族
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金 属氧化物
CuO2、ZnO、 SnO2
★过渡金属氧化物半导体：有ZnO、SnO2、 V2O5 、 Cr2O3 、 Mn2O3 、 FeO 、 CoO 、 NiO 等 。 ★尖晶石型化合物（磁性半导体）：主要有 CdCr2S4、CdCr2Se4、HgCr2S4等。 ★稀土氧、硫、硒、碲化合物：有EuO、EuS、 EuSe、EuTe 等。