半导体的晶体结构和结合性质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第一章 半导体中的电子状态,1.1,半导体的晶格结构和结合性质,1.2,半导体中的电子状态和能带,1.3,半导体中电子的运动、有效质量,1.4,本征半导体的导电机构、空穴,1.5,回旋共振,1.6,硅和锗的能带结构,1.7 -,族化合物半导体的能带结构,1.8 -,族化合物半导体的能带结构,1.1,半导体的晶格结构和结合性质,固体,晶体,非晶体,单晶体,多晶体,半导体晶体,元素半导体,化合物半导体,非半导体晶体,Si,Ge,C,（金刚石）,-,族化合物半导体,GaAs,、,InP,、,-,族化合物半导体,CdS,、,ZnS,、,硅锗化合物半导体,硅是最常用元素半导体，砷化镓是最常用化合物半导体,1,、硅晶体结构及结合性质,硅原子,Si,（,Silicon,）,族，原子序数,14,，原子量,28.086,，,14,个核外电子，,核外电子分布：,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,2,，,个价电子组态,3s,2,3p,2,价电子,一、金刚石结构和共价键,(,以硅锗为例,),硅晶体结构,顶角原子,顶角原子,顶角原子,顶角原子,中心原子,电子,正四面体结构单元,金刚石型结构,金刚石型结构晶格点阵,金刚石型结构原胞,锗原子,Ge,族，原子序数,32,，原子量,72.59,，,32,个核外电子，,电子组态,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,2,个价电子组态,4s,2,4p,2,。,锗晶体结构,结构单元为正四面体，正四面体构成金刚石型结构，,晶格由两套不等价面心立方格子沿体对角线套构而成,2,、锗晶体结构,2,闪锌矿型晶格结构和混合键,闪锌矿型晶格结构单元,正四面体结构单元,闪锌矿型晶格结构,Ga,As,As,As,As,GaAs,（,Gallium Arsenic,）晶格结构单元,Ga,As,Ga,Ga,Ga,闪锌矿型结构原子间的结合力（混合键）,族、,族原子各贡献一个价电子形成,SP,3,杂化轨道共价键，但,族原子具有较,原子强的电负性，共有电子云更多地分布给,族原子，,族原子因而带有负电。,族原子分配的电子云少一些而带正电。正负电荷之间产生库仑作用。原子间,结合力中共价键占优势，同时存在离子键成分,，称为,混合键,，对应的半导体称为,极性半导体,。,正四面体结构单元,族原子价电子组态,4s,2,4p,1,V,族原子价电子组态,4s,2,4p,3,3,纤锌矿型结构（六方密堆积）,-,族化合物半导体硫化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉可具有纤锌矿型结构。,正四面体为结构单元。,两种原子各自组成六方密排面，按,ABAB,.,排列，再相互套构而成晶格。,A,A,A,A,A,族原子的六方密排：,（,001,）面,A,A,A,A,A,V,族原子的六方密排：,（,001,）面,4,、氯化钠结构,硫化铅、硒化铅、碲化铅不以四面体结构为基本结构单元，而是氯化钠型结构（钠离子面心立方晶格与氯离子面心立方晶格相互位移二分之一晶格常数套构而成）。,Na,+,Cl,-,