固体电子导论第二章

《固体电子导论第二章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、晶体材料的物理、化学性质与晶体中的原子结合及晶体材料的结构有密切的联系。从经典物理的观点出发，原子之所以结合成晶体，本质上都是由于价电子和原子实之间的静电吸引。由于晶体内价电子在空间上的不同分布而使晶体中原子间的结合表现为不同的类型。第二章晶体中的原子结合原子结合的本质：价电子和原子实之间的静电吸引。原子的结构原子的结合晶体的结构价电子分布离子性结合共价结合金属性结合范得瓦耳斯结合面心氯化钠型金刚石型等第二章晶体中的原子结合（硬度、弹性、导电性等）晶体材料的性质2.1原子结合的普遍性质由于原子结合的共同本质，原子间的相互作用力和相互作用能随原子间距的变化表现出共同的规律性。粒子

2、间引力——库仑引力等粒子间的斥力——电子云重叠产生的排斥力引力和斥力同时存在，平衡时即形成稳定结构反比于原子间距，短程力总作用力为引力，增大总作用力为零总作用力为引力，减小总作用力为零，总作用力为斥力，增大引力达到最大一、两原子间相互作用力与原子间距的关系U能量极小，状态最稳定净引力最大，对应能量曲线转折点若已知第个和第个原子间的相互作用能为，则第个原子与晶体中其它原子相互作用能为二、晶体的相互作用能若忽略表面效应.考虑晶体中原子的等效性，晶体中的总的相互作用能，即为晶体结合能的粗略表达式：r0：最近邻原子间的距离若已知结合能，可进一步求出1）晶格常数2）压缩系数和体弹性模量为

3、体积3）抗张强度－晶体所能负荷的最大张力2.2离子性结合采用离子性结合的晶体称为离子晶体，或极性晶体。离子晶体的作用力称为离子键。碱金属原子卤素原子离子晶体典型的离子晶体：如NaCl晶体，CsCl晶体。CsCl晶体：无色立方晶体。物理性质：密度3.988g/cm3；熔点645℃；沸点1290℃。物理性质：相对密度：2.130g/cm3熔点：801度沸点：1413度熔点较高，硬度较强，容易碎裂，导电性弱对可见光透明氯化钠晶体2)库仑吸引力：主要靠异性离子间的库仑吸引作用而结合；3)斥力来源：1)形成满壳层：正，负离子的电子都具有满壳层结构一、离子键的形成满足泡利不相容原理，两个满

4、壳层的离子相互接近到它的电子云发生显著重叠时，会产生强烈的排斥作用。库仑吸引力=重叠排斥力离子键离子键具有较强的键能二、结构特点1.正负离子相间排列氯钠氯化钠结构氯化铯结构2、配位数较高：NaCl为6，CsCl为8三、结合力和结合能的估算简化假设：正、负离子的电荷分布都是球对称的，相互作用力是库仑吸引与电子云重叠产生的排斥作用的平衡1.两个离子间的相互作用能可表示为（以NaCl为例）库仑吸引重叠排斥其中正负离子的电荷量均为e，为离子间距相互作用力为2.离子晶体的结合能忽略表面层与内部离子的差别，认为各离子所受的相互作用相同设为离子间最短重复距离晶体的几何结构决定马德隆常数可通过

5、实验测量，并计算得到而与间的关系可由平衡条件决定2.3共价结合采用共价结合方式结合的晶体称为共价晶体，或原子晶体，或同极晶体。共价晶体的作用力称为共价键。既不易失去外层价电子，也不易获得价电子的原子相互结合的时候，通常会采用共价结合。典型的共价晶体：金刚石，硅，锗硬度，熔点，沸点都很高，低温时导电性能较差密度：3.5g/cm3熔点：4000℃，摩氏硬度10硅金刚石密度2.32-2.34g/cm3熔点1410℃，沸点2355℃，莫氏硬度：6.5有金属光泽，有半导体性质共用的电子受原子核的吸引（4绿线）电子之间和原子核之间互相排斥（2红线）一、共价键的形成共价键具有很高的键能。二、

6、共价键的特点1.方向性：原子在特定的方向上形成共价键.价电子数小于4，共价键数与价电子数相等价电子数大于4，共价键与价电子数之和等于82.饱和性：一个原子只能形成一定数目的共价键.电子云密度较大的方向电子对在两核周围的空间运动在两核间空间出现的几率最大。每个原子有四个价电子，恰好与四个最近邻原子形成四根共价键，每一对形成共价键的原子“共用”一对价电子.三、金刚石结构中的轨道杂化元素C:只有两个电子未配对，但实验发现每个C原子形成4个共价键。由和对应的波函数组成的电子状态杂化轨道的电子云分别集中于四面体的4个顶角，故金刚石型结构中具有正四面体的结构单元。2.4金属性结合采用金属性

7、结合方式结合的晶体称为金属晶体。金属晶体的作用力称为金属键。金属原子相互结合形成晶体时，均形成金属键。典型的金属晶体：钠、金、银等1）密度较大，有较高的硬度，熔点；2）具有良好的导电性、导热性和金属光泽；3）具有很大的范性金熔点:1064℃沸点:2807℃密度：19.32g/cm3密度：0.97g/cm3，熔点：97.81℃，沸点是882.9℃。钠热导率:142W/(m·K)电导率：20-200S/cm一、金属键的形成原子失去部分或全部价电子，价电子不再束缚于某个原子，而为所有离子实所共有，