《半导体物理》PPT课件.ppt

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1、茅惠兵信息科学技术学院半导体物理SemiconductorPhysics第一章半导体中的电子状态§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）格点：空间（一维或多维）点阵中的点（结点）晶列：通过任意两格点所作的（晶列上有一系列格点）晶向：在坐标系中晶列的方向（确定晶向的方法待定）用晶向指数表示；如[110]。晶面：通过格点作的平面。一组平行的晶面是等效的，其中任意两晶面上的格点排列是相同的，且面间距相等。晶面用晶面指数（密勒指数）表示，如（111），（100）……§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）反映晶体周期性的重复单元，有两种选

2、取方法：在固体物理学中——选取周期最小的重复单元，即原胞。在晶体学中——由对称性取选最小的重复单元，即晶胞（单胞）§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）基矢：确定原胞（晶胞）大小的矢量。原胞（晶胞）以基矢为周期排列，因此，基矢的大小又成为晶格常数。晶轴：以（布拉菲）原胞（或晶胞）的基矢为坐标轴——晶轴格矢：在固体物理学中，选某一格点为原点O，任一格点A的格矢为为晶轴上的投影，取整数，为晶轴上的单位矢量。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）在结晶学中（用的较多），选某一格点为原点O，任一格点A的格矢为为对应晶轴上的投影，取有理

3、数为晶轴上的单位矢量。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）晶列指数及晶向：格矢在相应晶轴上投影的称作晶列指数，并用以表示晶向，即格矢所在的晶列方向固体物理学中，表示为[l1l2l3]，投影为负值时，l的数字上部冠负号。等效晶向用<>表示。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构1.晶体结构的描述（有关的名词）晶面：通过格点作的平面，用晶面指数表示。晶面指数：表示晶面的一组数。晶向与晶面的关系：在正交坐标系中，晶面指数与晶面指数相同时，晶向垂直于晶面。原胞和晶胞相同点用来描述晶体中晶格周期性的最小重复单元不同点：固体物理学：原胞只强调晶格的周期性，其最小重

4、复单元为原胞结晶学：晶胞还要强调晶格中原子分布的的对称性。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构2.几种晶格结构结晶学晶胞：简立方:立方体的八个顶角各有一个原子。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构2.几种晶格结构结晶学晶胞：体心立方：简立方的中心加进一个原子。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构2.几种晶格结构结晶学晶胞：面心立方：简立方的六个面的中心各有一个原子。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构2.几种晶格结构结晶学晶胞：金刚石结构:同种原子构成的两个面心立方沿体对角线相对位移体对角线的套构而成。每个晶胞含原子数：§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构2.几种晶格结构

5、如果只考虑晶格的周期性，可用固体物理学原胞表示：简立方原胞：与晶胞相同，含一个原子。体心立方原胞：为棱长的简立方，含一个原子。面心立方原胞：为棱长的菱立方，由面心立方体对角线的；两个原子和六个面心原子构成，含一个原子。金刚石结构原胞：为棱长的菱立方，由体对角线的两个原子和六个面心原子构成棱立方，其内包含一个距顶角体对角线的原子，因此，原胞共含有2个原子。§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构3.半导体硅锗的晶体结构（金刚石结构）(a)正四面体结构§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构3.半导体硅锗的晶体结构（金刚石结构）(b)金刚石型结构§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构3.半导体硅

6、锗的晶体结构（金刚石结构）(c)金刚石型结构的晶胞§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构3.半导体硅锗的晶体结构（金刚石结构）(d)（111）面的堆积§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构3.半导体硅锗的晶体结构（金刚石结构）(e)（100）面上的投影§1.1晶体结构预备知识，半导体晶体结构4.闪锌矿型结构§1.2半导体中的电子状态和能带§1.2.1原子中的电子状态1、玻耳的氢原子理论氢原子能级公式氢原子第一玻耳轨道半径这两个公式还可用于类氢原子（今后用到）2、玻耳氢原子理论的意义3、氢原子能级公式及玻耳氢原子轨道半径4、索末菲对玻耳理论的发展5、量子力学对半经典理论的修正量子力学认为微观

7、粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方。电子的状态可用四个量子数表示。6、原子能级的简并度§1.2半导体中的电子状态和能带§1.2.1原子中的电子状态§1.2半导体中的电子状态和能带§1.2.2晶体中的电子状态1、电子共有化运动原子中的电子在原子核的势场和其它电子的作用下，分列在不同的能级上，形成所谓电子壳层不同支壳层的电子分别用1s;2s,2p;3