1、第二章：半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)2.1半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，2. 2半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，*半導(dǎo)體的概要，固體材料分為超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，由于導(dǎo)電性(電阻)，電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，具有負(fù)電阻溫度系數(shù)的半導(dǎo)體，2.1半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)電阻率導(dǎo)體： 10-3cm，例如， Cu10-6cm半導(dǎo)體： 10-2cm109cm Ge=0.2cm絕緣體： 109cm，t，r，半導(dǎo)體，金屬，絕緣體，電阻溫度系數(shù)，半導(dǎo)體材料的分類，功能和應(yīng)用，微電子半導(dǎo)體，光電半導(dǎo)體，熱電半導(dǎo)體，微波半導(dǎo)體，瓦斯氣體感應(yīng)半導(dǎo)體，組成， 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體：元素體、化合物、有機(jī)半導(dǎo)體、結(jié)構(gòu)部分：結(jié)晶：?jiǎn)尉?、多晶、非晶質(zhì)體、*無(wú)機(jī)半導(dǎo)體結(jié)晶材料、無(wú)

2、機(jī)半導(dǎo)體結(jié)晶材料、元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、固態(tài)溶液半導(dǎo)體、Ge、Se、Si、c、b、Te、p、Sb、As、元素半導(dǎo)體熔點(diǎn)過(guò)高，難以成為單晶，不穩(wěn)定且容易揮發(fā)， 低溫的固相，稀有的(1)元素半導(dǎo)體結(jié)晶、化合物半導(dǎo)體、-族、-族、InP、GaP、GaAs、InSb、InAs、CdS、CdTe、CdSe、ZnS、SiC、GeS、SnTe、GeSe、PbS， PbTe AsSe3、AsTe3、AsS3、SbS3、CuO2、ZnO、SnO2、*化合物半導(dǎo)體和固態(tài)溶液半導(dǎo)體、過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體： ZnO、SnO2、V2O5、Cr2O3、Mn2O3、FeO、CoO、NiO等。 尖晶石型化合物(磁性半導(dǎo)體

3、):主要有CdCr2S4、CdCr2Se4、HgCr2S4等。 稀土類氧、硫、硒、碲化合物：有EuO、EuS、EuSe、EuTe等。 (1)非晶質(zhì)體Si、非晶質(zhì)體Ge和非晶質(zhì)體Te、Se元素半導(dǎo)體(2)化合物為GeTe、As2Te3、Se4Te、Se2As3、As2SeTe非晶半導(dǎo)體材料、*非晶半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo)體、酞菁染料類和多環(huán)、稠環(huán)化合物、聚乙炔和環(huán)化脫水聚丙烯腈等導(dǎo)電性高分子，他們具有較大的鍵結(jié)構(gòu)有機(jī)半導(dǎo)體、高分子聚合物、有機(jī)分子晶體、有機(jī)分子絡(luò)合物、晶體結(jié)構(gòu)：原子的有序排列，主要是原子的排列具有周期性或被稱為長(zhǎng)有序。 具有這種排列結(jié)構(gòu)的材料是結(jié)晶。 晶體中的原子、分子有序排列的結(jié)果

4、表明晶體具有有序的幾何外形，x射線衍射證實(shí)了這一結(jié)論。 晶體結(jié)構(gòu)固體的結(jié)構(gòu)為非晶結(jié)構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)，2.1.1空間格子2.1.2密勒指數(shù)2.1.3倒晶格，非晶結(jié)構(gòu)：無(wú)長(zhǎng)有序。 具有這種排列結(jié)構(gòu)的材料是非晶質(zhì)的。 了解固體結(jié)構(gòu)的意義：固體中的原子排列形式是研究固體材料的宏命令性質(zhì)和各種微觀過(guò)程的基礎(chǔ)。 晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)概括了一些相同的概念在空間上有規(guī)律地、周期性地、無(wú)限地分布，總的來(lái)說(shuō)，這些個(gè)的概念整體被稱為點(diǎn)(dot )。 2.1.1空間格子，一、布拉菲的空間格子學(xué)說(shuō)，正確地反映了晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)有序特征，隨后通過(guò)空間群理論發(fā)展成了空間格子學(xué)說(shuō)，形成了現(xiàn)代晶體幾何結(jié)構(gòu)的完整理論。 關(guān)于節(jié)點(diǎn)的說(shuō)明：結(jié)

5、晶由完全相同的原子構(gòu)成的情況下，節(jié)點(diǎn)可以是原子本身的位置。 結(jié)晶中含有幾個(gè)原子時(shí)，這些個(gè)的原子構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單元(化學(xué)基元)，結(jié)節(jié)點(diǎn)可以表示化學(xué)基元的重心。 因?yàn)樗械幕瘜W(xué)基源的重心都是結(jié)構(gòu)中的相同位置，所以化學(xué)基源中的任何想法，結(jié)節(jié)點(diǎn)的實(shí)例圖，1 .想法，空間格子學(xué)說(shuō)中所說(shuō)的想法，表示結(jié)構(gòu)中的相同位置，即使是結(jié)節(jié)點(diǎn)，也可以表示原子周圍相應(yīng)點(diǎn)的位置。 晶體由基本要素沿著空間的3個(gè)不同方向分別以一定的距離周期性平移構(gòu)成，基本要素的平移距離稱為周期。 一定的方向有一定的周期，不同的方向周期一般不同。 基本平移結(jié)果：晶格中各節(jié)點(diǎn)周圍的情況相同。 2、晶格學(xué)說(shuō)是晶體結(jié)構(gòu)的周期性，3 .總結(jié)晶格的形成，通

6、過(guò)晶格中的節(jié)點(diǎn)，可以形成許多平行的直線族和平行的晶面族，晶格變成幾個(gè)晶格-晶格。長(zhǎng)方體、原單元概念的導(dǎo)出：為了格子周期性，以節(jié)點(diǎn)為頂點(diǎn)，以邊的長(zhǎng)度與其方向的周期相等的長(zhǎng)方體為重復(fù)單位，來(lái)概括格子的特征。 也就是說(shuō)，不是每個(gè)方向一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或原子)本身，而是一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或原子)加上周期長(zhǎng)a的區(qū)域，將a稱為基矢量。 這種重復(fù)單位稱為原始單元。 原細(xì)胞球(重復(fù)單位)的選擇規(guī)則反映了周期性的特征：只需匯總空間的三個(gè)方向的周期性大小，原細(xì)胞球即可取得最小重復(fù)單位(物理的原細(xì)胞球)，節(jié)點(diǎn)只位于頂角。 反映對(duì)稱性特征：晶體均具有自各兒的特殊對(duì)稱性。 結(jié)晶學(xué)采集的原始細(xì)胞體積不一定是最小的，節(jié)點(diǎn)不一定是頂角，也可

7、以是體心或面心(結(jié)晶學(xué)的原始細(xì)胞)的原始細(xì)胞邊的長(zhǎng)度總是1個(gè)周期，分別沿著3個(gè)結(jié)晶軸方向的原始細(xì)胞體積是物理學(xué)原始細(xì)胞體積的整數(shù)倍。 布拉菲格子的特點(diǎn)：所有方面周圍情況相同。 能直觀地采取一些特殊的重復(fù)單元(結(jié)晶學(xué)的原始細(xì)胞球)，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)是通過(guò)沿三度空間周期性地直線移動(dòng)來(lái)形成的。 如果由完全相同的原子組成，這個(gè)原子組成的格子是布拉格格子，和節(jié)點(diǎn)組成的格子相同。 晶體的化學(xué)基中包含2種以上的原子，在各個(gè)化學(xué)基中，對(duì)應(yīng)的同種原子構(gòu)成與節(jié)點(diǎn)相同的晶格-子晶格(或子晶格)。 復(fù)式晶格(或晶格)由所有相同結(jié)構(gòu)的子晶格相互位移的嵌套結(jié)構(gòu)形成。 4 .節(jié)點(diǎn)總結(jié)-布拉格晶格或布拉格晶格，晶格(簡(jiǎn)稱晶格):

8、晶體中原子排列的具體形式。 原子有序沉積的意義：假設(shè)晶格為原子有序沉積，有助于了解晶格組成、晶體結(jié)構(gòu)及其相關(guān)性能等。 二、晶格實(shí)例，1 .簡(jiǎn)單立方晶格2 .體心立方晶格3 .原子球排列最為緊密的兩種方式，特征：層內(nèi)為正方排列，原子球規(guī)則排列的最簡(jiǎn)單形式的原子層疊，各層的球完全對(duì)應(yīng)，形成簡(jiǎn)單的立方晶格該晶格不存在于實(shí)際的晶體中，但更為復(fù)雜原子球的正方形陣列、簡(jiǎn)單立方晶格的典型單元、1 .簡(jiǎn)單立方晶格、簡(jiǎn)單立方晶格的原子球心形成一個(gè)三次元立方晶格結(jié)構(gòu)，整個(gè)晶格可以認(rèn)為是這樣的典型單元在三個(gè)方向上重復(fù)排列構(gòu)成的結(jié)果。簡(jiǎn)單立方晶格單元在三個(gè)方向上重復(fù)排列而成的模式、2 .體心立方晶格、體心立方晶格的典

9、型單元、排列規(guī)則：層和層的堆積方式是上層的原子球的心位于下層的球的間隙，下層的球的心的排列位置為a，上層的球的心的排列位置為b， 體心立方晶格中正排列原子層間的沉積方式有abababababab、體心立方晶格的沉積方式，3 .原子球排列得最密的兩種方式，密排面：原子球在該平面內(nèi)排列得最密的方式，可以表示為沉積方式：沉積時(shí)將一層的球心與另一層的球的間隙對(duì)齊，最前者稱為六角密排列光柵(Be、Mg、Zn、Cd等)，后者稱為立方密排列光柵，或者面心立方晶格(Cu、Ag、Au、Al等)、面心立方晶格(立方密排列光柵)，面心(111 )將立方密排列的化學(xué)基包含兩個(gè)以上的原子的光柵稱為復(fù)式光柵。 注：晶體由

10、一個(gè)原子構(gòu)成，但在晶體中原子周圍的狀況不同的情況(例如，用x射線法判別為原子周圍的電子云分布不同的情況)下，這樣的晶格由一個(gè)原子構(gòu)成，但不是布拉格晶格，而是復(fù)式晶格。、1、氯化鈉金屬釷結(jié)構(gòu)、納金屬釷代表氯元素，納金屬釷絡(luò)離子和氯元素絡(luò)離子分別構(gòu)成面心立方晶格，氯化鈉結(jié)構(gòu)購(gòu)自這兩個(gè)光柵相互移動(dòng)一定距離。 2 .氯化銫結(jié)構(gòu)，表示Cs。 Cl、3 .代表鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，Ba表示Ti、結(jié)晶學(xué)細(xì)胞球，化學(xué)基中的任何想法或節(jié)點(diǎn)表示周期性重復(fù)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)復(fù)式原子重復(fù)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、四、2.1.2密勒指數(shù)、一、結(jié)晶列1 .結(jié)晶列通過(guò)任何兩個(gè)格子點(diǎn)連接直線時(shí)其上格子點(diǎn)的分布具有一定的周期-任意2個(gè)相鄰格子點(diǎn)的間

11、隔。 1 .晶體列的特征(1)一族的平行晶體列包含所有的點(diǎn)。 (2)在一個(gè)平面中，同族的相鄰的結(jié)晶列間的距離相等。 (3)一個(gè)晶格點(diǎn)可以有無(wú)限多個(gè)晶體列，其中各晶體列對(duì)應(yīng)一族的平行晶體列。 (4)有無(wú)限多族平行結(jié)晶列。-。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正

12、切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。

13、的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正

14、切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 的雙曲正切值。 (2)所有晶格點(diǎn)都位于一族的平行晶面上，沒有泄漏；(3)一族的晶面平行且等距離，各晶面上的晶格點(diǎn)分布狀況相同；(4)晶格中無(wú)窮多、二、晶面、三、晶體取向一族晶體列的特征是晶體列的取向，該取向是晶體取向的相同一族的晶體面的特征也由取向決定，所以關(guān)于晶體列和晶面，只表示其取向即可。 另外，任意的網(wǎng)格點(diǎn)a的二進(jìn)制位向量Rl以Rl=l1a1 l2a2 l3a3式，l1、l2

15、、l3是整數(shù)。 如果是互質(zhì)，則用他們表現(xiàn)結(jié)晶列OA的方向(結(jié)晶方位)，將這些個(gè)的互質(zhì)整數(shù)設(shè)為結(jié)晶列的指數(shù)，l1、l2、l3、1 .結(jié)晶列指數(shù)(結(jié)晶方向的表達(dá)方法)、立方單包的三邊的指數(shù)分別設(shè)為100、010、001，表現(xiàn)晶面的方法，即方位：在一個(gè)坐標(biāo)系中該平面的法線設(shè)該族的晶面的面間隔為d，其法線方向的單位矢量為n，該族的晶面中，距原點(diǎn)的距離等于d的晶面的方程式，R n=d是整數(shù)r是晶面上的任意點(diǎn)的二進(jìn)制位向量。 2 .密勒指數(shù)(結(jié)晶面方向的表達(dá)方法)將該結(jié)晶面和三個(gè)坐標(biāo)軸的升交點(diǎn)的二進(jìn)制位矢量分別設(shè)為ra1、sa2、ta3，若代入上式，則以ra1cos(a1，n)=d sa2cos(a2，n

16、)=d ta3cos(a3，n)=d、a1、a2、a3為單位： cos(a2 n) :cos(a3，n)=1r:1s:1t，結(jié)論：晶面的法線方向n與3個(gè)坐標(biāo)軸(基矢量)所成的角的馀弦之比等于晶面的3軸上的切片的倒數(shù)之比。 眾所周知，一族的晶面包含所有的晶格點(diǎn)，所以三個(gè)基矢量末端的晶格點(diǎn)必須分別落在其民族不同的晶面上。 假設(shè)a1、a2、a3末端的晶格點(diǎn)分別距原點(diǎn)的距離在h1d、h2d、h3d的結(jié)晶面上，則h1、h2、h3都是整數(shù)，3個(gè)結(jié)晶面分別為a1n=h1d、a2n=h2d、a3n=h3d n是該族的結(jié)晶面共同的法線的單位矢量=h1d a2cos(a2 n)=h2d a3cos(a3，n)=h

17、3d，證明截距倒數(shù)的比是整數(shù)的比，cos(a1，n): cos(a2，n) :cos(a3，n)=h1:h2:h3的結(jié)論：晶面族的法線與三個(gè)基矢量所成的角h1、h2、h3的數(shù)量相互為元素，將這些個(gè)稱為其晶面族的面指數(shù)，記為(h1h2h3)。 即，將晶面的坐標(biāo)軸上截距的倒數(shù)之比簡(jiǎn)約為相互質(zhì)的整數(shù)比，得到的相互質(zhì)的整數(shù)為面指數(shù)。幾何意義：由于基矢量?jī)啥烁饔幸粋€(gè)晶面，其兩個(gè)晶面為同族的的晶面，兩者之間存在hn個(gè)晶面，所以離原點(diǎn)最近的晶面(=1)的坐標(biāo)軸上的切片為a1/h1、a2/h2、a3/h3，同族的的其他晶面的切片為該切片的整數(shù)倍在實(shí)際工作中，多以結(jié)晶學(xué)原細(xì)胞球的基矢量a、b、c為坐標(biāo)軸表示面指

18、數(shù)。 在這樣的坐標(biāo)系中，表征晶面方位的互質(zhì)整數(shù)被稱為晶面族的密勒指數(shù)，用(hkl )表示。 例如，有ABC面，截距為4a、b、c，截距的倒數(shù)為1/4、1、1，密勒指數(shù)為(1、4、4 )。 另一個(gè)晶面，切片為2a、4b、c，切片的倒數(shù)為1/2、1/4、0，其密勒指數(shù)為(2，1，0 )。 簡(jiǎn)單的結(jié)晶指數(shù)特征：結(jié)晶軸自身的結(jié)晶指數(shù)特別簡(jiǎn)單，在100，010，001的結(jié)晶中重要的帶軸指數(shù)都簡(jiǎn)單(110 )，(111 )這樣的結(jié)晶指數(shù)簡(jiǎn)單的結(jié)晶面是重要的結(jié)晶面結(jié)晶指數(shù)越簡(jiǎn)單的結(jié)晶面，面間隔d越大，晶格點(diǎn)的面密度越大， 容易劈開的晶格點(diǎn)的面密度大，表面能小，在結(jié)晶成長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)容易出現(xiàn)在外觀上的x射線的散射強(qiáng)，x射線衍射多對(duì)應(yīng)攝影圖片中的濃黑點(diǎn)。 令a1、a2、a3為單柵格的基矢量，b1=2(a2a3)表示b1垂直于由a2和a3決定的平面，而b2=2(a3a1)表示b2垂直于由a3和a1決定的平面b3=2(a1a 2表示b3垂直于由a1