半导体物理学-第3章概要
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晶体结构晶格§1晶格相关的基本概念1.晶体:原子周期排列,有周期性的物质。
2.晶体结构:原子排列的具体形式。
3.晶格:典型单元重复排列构成晶格。
4.晶胞:重复性的周期单元。
5.晶体学晶胞:反映晶格对称性质的最小单元。
6.晶格常数:晶体学晶胞各个边的实际长度。
7.简单晶格&复式晶格:原胞中包含一个原子的为简单晶格,两个或者两个以上的称为复式晶格。
8.布拉伐格子:体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。
(布拉伐格子的每个格点对应一个原胞,简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同;复式晶格每种等价原子都构成和布拉伐格子相同的格子。
)9.基失:以原胞共顶点三个边做成三个矢量,α1,α2,α3,并以其中一个格点为原点,则布拉伐格子的格点可以表示为αL=L1α1 +L2α2 +L3α3 。
把α1,α2,α3 称为基矢。
10.平移对称性:整个晶体按9中定义的矢量αL 平移,晶格与自身重合,这种特性称为平移对称性。
(在晶体中,一般的物理量都具有平移对称性)11.晶向&晶向指数:参考教材。
(要理解)12.晶面&晶面指数:参考教材。
(要理解)立方晶系中,若晶向指数和晶面指数相同则互相垂直。
§2金刚石结构,类金刚石结构(闪锌矿结构)金刚石结构:金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格,它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。
常见的半导体中Ge,Si,α-Sn(灰锡)都属于这种晶格。
金刚石结构的特点:每个原子都有四个最邻近原子,它们总是处在一个正四面体的顶点上。
(每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数)每两个邻近原子都沿一个<1,1,1,>方向,处于四面体顶点的两个原子连线沿一个<1,1,0>方向,四面体不共顶点两个棱中点连线沿一个<1,0,0,>方向。
金刚石结构的密排面:{1,1,1} 晶面的原子都按六方形的方式排列。
半导体物理学讲义第⼀章半导体中的电⼦状态本章介绍:本章主要讨论半导体中电⼦的运动状态。
主要介绍了半导体的⼏种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电⼦的状态和能带特点,在讲解半导体中电⼦的运动时,引⼊了有效质量的概念。
阐述本征半导体的导电机构,引⼊了空⽳散射的概念。
最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。
在1.1节,半导体的⼏种常见晶体结构及结合性质。
在1.2节,为了深⼊理解能带的形成,介绍了电⼦的共有化运动。
介绍半导体中电⼦的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进⾏⽐较,在此基础上引⼊本征激发的概念。
在1.3节,引⼊有效质量的概念。
讨论半导体中电⼦的平均速度和加速度。
在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引⼊了空⽳散射的概念,得到空⽳的特点。
在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和⽅法。
⾃学内容。
在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构第⼀节半导体的晶格结构和结合性质本节要点1.常见半导体的3种晶体结构;2.常见半导体的2种化合键。
1. ⾦刚⽯型结构和共价键重要的半导体材料Si、Ge都属于⾦刚⽯型结构。
这种结构的特点是:每个原⼦周围都有四个最近邻的原⼦,与它形成四个共价键,组成⼀个如图1(a)所⽰的正四⾯体结构,其配位数为4。
⾦刚⽯型结构的结晶学原胞,是⽴⽅对称的晶胞如图1(b)图所⽰。
它是由两个相同原⼦的⾯⼼⽴⽅晶胞沿⽴⽅体的空间对⾓线滑移了1/4空间对⾓线长度套构成的。
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。
其固体物理学原胞和⾯⼼⽴⽅晶格的取法相同,但前者含两个原⼦,后者只含⼀个原⼦。
原⼦间通过共价键结合。
共价键的特点:饱和性、⽅向性。
2. 闪锌矿结构和混合键III-V族化合物半导体绝⼤多数具有闪锌矿型结构。
闪锌矿结构由两类原⼦各⾃组成的⾯⼼⽴⽅晶胞沿⽴⽅体的空间对⾓线滑移了1/4空间对⾓线长度套构成的。