《硅的晶体结构》PPT课件

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1、第一章硅的晶体结构1.1硅晶体结构的特点1.2晶向、晶面和堆积模型1.3硅晶体中的缺陷1.4硅中杂质1.5杂质在硅晶体中的溶解度(自学)1Si晶体结构晶向、晶面缺陷、杂质本章重点231.1硅晶体结构的特点1.1.1晶胞一、基本概念晶格：晶体中原子的周期性排列称为晶格。晶胞：晶体中的原子周期性排列的最小单元，用来代表整个晶格，将此晶胞向晶体的四面八方连续延伸，即可产生整个晶格。4晶格常数：晶胞与晶格的关系可用三个向量a、b及c来表示，它们彼此之间不需要正交，而且在长度上不一定相同，称为晶格常数。每个三维空间晶体中的等效格点可用下面的向量组表示：R＝ma+nb+pc

2、其中m、n及p是整数。单晶体：整个晶体由单一的晶格连续组成的晶体。多晶体：由相同结构的很多小晶粒无规则地堆积而成的晶体。5简单立方晶格：在立方晶格的每一个角落，都有一个原子，且每个原子都有六个等距的邻近原子。长度a称为晶格常数。在周期表中只有钚(polonium)属于简单立方晶格。体心立方晶格：除了角落的八个原子外,在晶体中心还有一个原子。在体心立方晶格中，每一个原子有八个最邻近原子。钠(sodium)及钨(tungsten)属于体心立方结构。xzyxz二、三种立方晶体原胞6面心立方晶格:除了八个角落的原子外，另外还有六个原子在六个面的中心。在此结构中，每个原子

3、有12个最邻近原子。很多元素具有面心立方结构，包括铝(aluminum)、铜(copper)、金(gold)及铂(platinum)。z71.1.2共价四面体一、硅的晶胞处在立方体顶角和面心的原子构成一套面心立方格子，处在体对角线上的原子也构成一套面心立方格子。因此可以认为硅晶体是由两套面心立方格子沿体对角线位移四分之一长度套构而成的。这种晶胞称为金刚石型结构的立方晶胞，如下图所示。8金刚石型结构特点：每个原子周围都有四个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。这四个原子分别处在正四面体的顶角上，任一顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两个原子所共有，组成四个

4、共价键，它们之间具有相同的夹角（键角）109°28′。二、共价四面体9金刚石型结构的结晶学原胞是立方对称的晶胞，可以看成是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线互相位移了1／4的空间对角线长度套构而成的。原子在晶胞中排列的情况是：八个原子位于立方体的八个角顶上，六个原子位于六个面中心上，晶胞内部有四个原子。立方体顶角和面心上的原子与这四个原子周围情况不同，所以它是由相同原子构成的复式晶格。晶格常数Si：a=5.65754ÅGe：a=5.43089Å10例题：硅在300K时的晶格常数a为5.43Å。请计算出每立方厘米体积中的硅原子数及常温下的硅原子密度。解：每个晶胞

5、中有8个原子，晶胞体积为a3，每个原子所占的空间体积为a3/8，因此每立方厘米体积中的硅原子数为：8/a3=8/(5.43×108)3=5×1022（个原子/cm3）密度=每立方厘米中的原子数×每摩尔原子质量/阿伏伽德罗常数=5×1022×28.09/(6.02×1023)g/cm3=2.33g/cm31.1.3原子密度11例题:假使将圆球放入一体心立方晶格中，并使中心圆球与立方体八个角落的圆球紧密接触，试计算出这些圆球占此体心立方晶胞的空间比率。圆球半径定义为晶体中最小原子间距的一半，即。yxz1.1.4晶体内部的空隙解：球的体积为：每个硅原子在晶体内所占的空

6、间体积为：则空间利用率为：空隙为66%121.2晶向、晶面和堆积模型1.2.1晶向一、晶列晶体晶格中的原子被看作是处在一系列方向相同的平行直线系上，这种直线系称为晶列。同一晶体中存在许多取向不同的晶列，在不同取向的晶列上原子排列情况一般是不同的。二、晶向1.定义：表示一族晶列所指的方向。132.晶向指数以简单立方晶格原胞的三个边作为基矢x，y，z，并以任一格点作为原点，则其它所有格点的位置可由矢量：给出，其中l1、l2、l3为任意整数。而任何一个晶列的方向可由连接晶列中相邻格点的矢量：的方向来标记，其中m1、m2、m3必为互质的整数。若m1、m2、m3不为互质，

7、那么这两个格点之间一定还包含有格点。对于任何一个确定的晶格来说，x，y，z是确定的，实际上只用这三个互质的整数m1、m2、m3来标记晶向，一般写作[m1、m2、m3]，称为晶向指数。143.硅晶体不同晶向上的原子分布情况151.2.2晶面一、定义晶体晶格中的原子被看作是处在一系列彼此平行的平面系上，这种平面系称为晶面。通过任何一个晶列都存在许多取向不同的晶面，不同晶面上的原子排列情况一般是不同的。二、米勒指数用相邻的两个平行晶面在矢量x，y，z的截距来标记，它们可以表示为x/h1、y/h2、z/h3，h1、h2、h3为互质的整数或负整数。通常就用h1、h2、h3

8、来标记晶面，称它们为晶面