分析测试技术_1.ppt

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1、新型电子材料元器件发展与分析技术微电子教学部冯世娟3106晶体材料的制备技术晶体材料的结构和物理性质结构物理性质缺陷多晶材料晶体材料的制备技术晶体材料的加工技术晶体材料的结构和物理性质1晶体的结构尽管各种晶体具有不同的结构，原子、离子等排列方式也具有各种不同的规律性，但所有晶体结构共同的本质特点是：质点在三维空间周期性重复排列，即具有格子构造，意指可以用格子状的图形来表达。那么，晶体结构里有些什么样的格子状图形呢？我们引入“空间格子”这一概念。晶体结构中的任何点都是以格子状图形重复排列的，不同的点所

2、形成的格子状图形相互穿套在一起，就形成了晶体结构的格子构造。1.1空间格子所谓空间格子，是指表达晶体结构周期重复规律的几何图形。即，空间格子就是描述晶体结构格子构造的简单几何图形。有的晶体的空间格子是原子，有的可能是分子，而有的可能是更加复杂的构成。首先要在结构中找出等同点，把等同点从结构中抽取出来，再按一定的规律将等同点连接起来，就画出了该晶体结构的空间格子。所谓等同点，就是指在晶体结构中性质与周围环境都相同的点。1.2晶胞空间格子的最小重复单位就是一个平行六面体，这个最小平行六面体的形状由其三个方

3、向的棱长（分别表示为：a,b,c）和三个棱之间的角度（分别表示为α，β，γ）来决定，例如：如果a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°，则这个最小平行六面体就是一个立方体；如果a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°，则这个最小平行六面体就是一个一般平行六面体。1.3晶体的对称性对称性是晶体非常重要的性质。晶体的对称性来自于其内部结构的周期重复性，所以晶体的对称性有其特有的一些特征：1）因为晶体结构是具有周期重复规律性的，这种周期重复就是一种对称性，即平移对称性，所以，从这个意义上说，所有晶体都是对称的（都具有这种平移对

4、称性）。2）晶体的这种平移对称性又限制了晶体的对称形式，因为有些对称形式与平移对称相矛盾，这样的对称就不能在晶体中出现，这就是晶体对称的有限性，它遵循“晶体对称定律”。3）晶体的对称性不仅仅体现在宏观形态上，也体现在物理性质上。1.3晶体的对称性对于具有某种对称性的图形，能够使图形外形复原的操作称为对称操作在进行对称操作时所应用的辅助几何要素，如点、线、面等称为对称要素1.3晶体的对称性对称轴：旋转一周重复的次数称为轴次n，重复时所旋转的最小角度为基转α，两者之间的关系为：α=360/n。1.3晶体的

5、对称性请注意，并不是所有轴次的对称轴都可以在晶体上出现的，晶体上只能出现1、2、3、4、6对称轴，不可能出现5及大于6的对称轴，这就是晶体的对称定律这是因为五次及大于六次的对称性与晶体的平移对称相矛盾1.3晶体的对称性对称中心：借助于这个点的反伸操作，图形的相同部分重复。镜面：晶体通过一个平面做镜面反映后晶体能自身重合。反演轴：若晶体绕某一固定轴旋转角度360/n后再通过某点作反演，晶体能自身重合。1.3晶体的对称性平移对称所谓的平移操作、平移对称就是指，晶体沿着某一方向移动后，会和本身相重合。由此可

6、见，平移对称有一个前提，就是认为相对于质点或者对称基元（最小单位）来说，晶体尺寸无限大。滑移反映——滑移反映面晶格沿某一平面做镜象反映操作后，再沿平行于该面的某一方向平移T/n的距离，晶格能自身重合螺旋——螺旋轴晶格绕某一固定轴旋转角度360/n后，再沿转轴方向平移L个T/n的距离，晶格能自身重合1.3晶体的对称性对称要素组合独立的基本对称元素点群——宏观晶体中所有对称元素的集合可以证明总共只能有32种不同的组合方式，称为32种点群。空间群——晶体结构中一切对称要素的集合晶体总共只能有230种不同的空

7、间群。1.3晶体的对称性对称性分类根据晶体上对称要素是否有高次轴（n>2的对称轴）及高次轴的数量划分为3个晶族：高级晶族（高次轴多于一个）中级晶族（高次轴只有一个）低级晶族（无高次轴）然后根据具体的对称特点分为7个晶系。1.3晶体的对称性低级晶族晶系主要有三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系。1.3晶体的对称性中级晶族晶系主要有四方晶系、三方晶系、六方晶系。1.3晶体的对称性高级晶族晶系有等轴晶系。1.3晶体的对称性请注意：不同晶系的晶体，其晶胞形状完全不同，如：等轴晶系的晶体，晶胞形状是立方体；四方晶系的晶

8、体，晶胞形状是四方柱；六方晶系的晶体，晶胞形状是内角为60°和120°的菱形柱等等。这就说明：1.晶胞是决定晶体对称性的本质内因；2.晶胞的形状和对称性与晶体宏观形态上的对称型是统一的，即内部结构与外部形态的对称性是统一的。1.3晶体的对称性14种布拉菲格子三斜单斜三方四方六方正交立方1.3晶体的对称性五次对称及其蕴含的哲学思想晶体上不能有五次对称，因为五次对称与晶体的平移对称不兼容。但是，在生物界（包括植物与动物），五次对称却广泛存在1.3晶体的对称性