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1、第一章—固体晶格结构2016年8月第一章固体晶格结构半导体材料1.1固体类型1.2空间晶格1.3原子价键1.4固体中的缺陷和杂质1.5半导体材料的生长1.6小结1.7问题：为什么要研究半导体材料？为什么要研究半导体材料？1.1半导体材料半导体：半导体的电阻率（10-3Ωcm<ρ<109Ωcm）介于导体和绝缘体之间，半导体的性质容易受到外界的光照、热、磁、电及微量杂质的含量的变化而改变性质。材料导体半导体绝缘体电阻率ρ(Ωcm)＜10-310-3～109＞109什么是半导体按不同的标准，有不同的分类方式。按固体的
2、导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体III-V族半导体Ga(Al,In)AsGa(Al,In)PGa(Al,In)NIV族半导体:Ge,GeSi,Si,SiC,CII-VI族半导体Zn(Mg,Cd,Hg)OZn(Mg,Cd,Hg)S半导体体系I.宽禁带半导体概述半导体材料体系第一代：硅（Si）、锗(Ge)第二代：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）第三代：氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、金刚石1.1半导体材料半导体材料的研究历程：元素半导体，如硅（Si）、锗(Ge)化合物半导体，如砷化镓（GaAs）
3、、磷化镓（GaP）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）磷化铟（InP）三元素化合物:AlxGa1-xAS半导体材料分类：半导体材料分类体材料、薄膜材料、微结构材料、人工设计材料……1.2固体类型晶体：具有一定外形和固定熔点，更重要的是晶体内部原子（或离子）在较大范围（至少微米数量级）是按一定方式有规则排列而成（称为长程有序）（如Si，Ge，GaAs）。非晶体：没有规则的外形和固定的熔点，内部结构上不存在长程有序，但在较小范围内（几个原子间距）仍存在结构上的有序排列（称为短程有序）。长期以来将固体分为：晶体和非晶
4、体。单晶：整个晶体主要由原子或离子的一种排列方式贯穿始终,常用的半导体材料锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶。多晶：由许多小晶粒杂乱的堆积而成,如各种金属材料和电子陶瓷材料。（晶界分离）。晶体---分为单晶和多晶非晶、多晶和单晶示意图1.3空间晶格晶格：晶体原子的周期性排列称为晶格。格点：组成晶体的原子（或离子）的重心位置称为格点。点阵：格点的整体称为点阵。在点阵的每个阵点上附有一群原子，这样一个原子群称为基元，基元在空间重复就形成晶体结构。点阵+基元=晶体结构1.3.1原胞和晶胞原胞：晶格的最
5、小周期单元,只反映晶格周期性,不反映对称性,一个原胞平均只包含一个格点。晶胞：晶体结构的基本单元，能够充分反映整个晶体的结构特点，既反映周期性又反映了各种对称性，整块晶体就是晶胞周期平移而成。原胞对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的最小单元注：（a）原胞无需是唯一的（b）原胞无需是基本的1.3.2基本的晶体结构晶格常数：在立方晶系中，通常取三个互相垂直的坐标轴,称为晶轴，通常通常取立方体的边长a作为长度单位，称为晶格常数。P7例1.1在立方方晶系中，通常取三个相互垂直的边作为三个坐标轴——晶轴；通常取立
6、方体边长a作业长度单位——晶格常数。基矢：简立方sc体心立方bcc面心立方fcc1.3.3晶面和密勒指数晶面：晶格中所有格点可以看作是全部包含在一系列相互平行等间距的平面系上,这样的平面系叫晶面族。(1)通常取某一晶面与三个晶轴垂直的截距的倒数的互质整数，即：1/r:1/s:1:t=h:k:l,称h,k,l为晶面指数或密勒指数，记为(hkl)，称为(hkl)平面；(2)任何平等的平面都是彼此等效的。(3)若晶面与某晶轴平行，截距∞,对应的Miller指数为0，负号写在对应指数上方。原子的面密度：P9例1.3晶面
7、的表示:(3)倒数乘以最小公分母：2，3，6平面用(236)标记，这些整数称为密勒指数。(1)平面截距：3，2，1(2)平面截距的倒数：1/3，1/2，1晶面的表示例:同类晶面：记为{hkl}如{100}表示：1.3.3晶面和密勒指数简立方晶体的三种晶面(100)(110)(111)晶体结构-晶向(100)(110)(111)注：在立方晶系中，晶列指数和晶面指数相同的晶向和晶面之间是互相垂直的。如[100]⊥(100),[111]⊥(111)晶向：通过晶体中原子中心的不同方向的原子列[hkl]OR=l1a+l2
8、b+l3c取l1:l2:l3=m:n:p,m,n,p为互质整数称m、n、p为晶列指数,记作[mnp],表示某个晶向。同类晶向记为如<100>表示------等6个同类晶向<110>表示------等12面对角线晶向<111>表示------等8个体角线晶向R晶体结构-晶向1.3.4金刚石结构金刚石结构1.3.4金刚石结构1、金刚石结构（金刚石结构晶胞）是由4个共价四面体组成的
