第五章 典型晶体结构及电子材料.pdf

第五章 典型半导体材料及电子材料晶体 结构特点及有关性质 5.1 典型半导体材料晶体结构类型 5.2 半导体材料晶体结构与性能 5.3 电子材料中其他几种典型晶体结构 5.4 固溶体晶体结构 5.5 液晶的结构及特征 5.6 纳米晶体的结构及特征 2012-10-8 1 注：带金刚石晶胞结构模型上课 §5.1 典型半导体材料晶体结构类型 目前使用的晶态半导体主要是Ge、Si等Ⅳ族单质，以及Ⅲ－ Ⅴ、Ⅱ－Ⅵ族化合物。 晶体结构 晶系 点群 主要半导体材料 金刚石型 立方 O －m3m C、Si、Ge、灰Sn h BP 、AlP 、GaP 、InP 、BAs 、AlAs 、 闪锌矿型 立方 Td －43m GaAs、InAs 、AlSb 、GaSb 、InSb 、BN*、 (立方ZnS型) ZnS*、ZnSe 、ZnTe 、CdTe、HgSe 、 HgTe 、SiC 纤锌矿型 BN*、ZnS*、CdS 、CdSe 、ZnO 、AlN 、 六方 C6v －6mm (六方ZnS型) GaN、InN 氯化钠型 立方 Oh －m3m PbS 、PbSe 、PbTe 、GdO * 具有两种结构类型 2012-10-8 2 5.1.1 金刚石型结构 硅 Si：核外电子数14，电子排布式方式为 2 2 6 2 2 s 2s 2p 3s 3P 锗Ge：核外电子数32，电子排布式方式为 2 2 6 2 6 10 2 2 s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 在Si原子与Si原子，Ge原子与Ge原子相互作用构成Si、 Ge晶体时，由于每个原子核对其外层电子都有较强的吸引 力。又是同一种原子相互作用，因此原子之间将选择共价 键方式结合。 电负性：X Si = X Ge = 1.8 ，⊿X = 0 ， ∴形成非极性共价键 2012-10-8 3 为了形成具有8个外层电子的稳定结构，必然趋于与邻近的 四个原子形成四个共价键。由杂化理论可知，一个s轨道和三 3 个p轨道杂化，结果产生四个等同的sp 杂化轨道，电子云的 方向刚好指向以原子核为中心的正四面体的四个顶角，四个 键在空间处于均衡，每两个键的夹角都是109°28′。如图 5.11所示。 （杂化轨道理论见信箱中姜雪梅老师讲课录像） 图5.1.1 SP3杂化轨道方向 2012-10-8