半导体物理知识点汇总
第一章半导体晶体结构与缺陷
1.半导体材料类别和常见半导体
（1）元素半导体
IV族：碳C、硅Si、锗Ge、α-Sn（灰锡）
（2）化合物半导体
IV-IV族:碳化硅SiC、硅化锗GeSi
III-V族:磷化铝/镓/铟Al/Ga/InP、砷化铝/镓/铟Al/Ga/InAs
II-VI族:氧化镁/锌/镉/汞Mg/Zn/Cd/HgO、硫化镁/锌/镉/汞Mg/Zn/Cd/HgS
2.半导体晶体的主要结构类型
（1）晶体结构和化学键
1)常见半导体晶体结构：金刚石结构晶胞、闪锌矿结构晶胞、纤锌矿结构晶胞、氯化钠
结构
金刚石结构晶胞：
物质：C、Si、Ge、Sn（灰锡）
结构特点1：a)正立方体 b)8个顶角各有1个原子 c)6个面心各有1个原子 d)4条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有1个原子 e)晶胞中共8个原子。
结构特点2：两个面心立方沿空间对角线相互平移1/4对角线长度套构而成。
（真题）金刚石结构的立方晶胞是由两个（面心立方）格子，沿体对角线相对位移（四分之一）的长度套构而成的。
（真题）原胞是晶体体积最小的重复单元。对硅晶体，一个原胞中含有的原子数是：A．1个硅原子 *B．2个硅原子
C．4个硅原子 D．8个硅原子（一个硅晶胞中有4体+3面+1角=8个硅原子）
（自己猜的）金刚石结构的立方晶胞<100>晶向有（2）个原子，<110><111>晶向有（3）个原子,{100}面有（2）个原子，{110}面有（4）个原子，{111}面有（2）个原子闪锌矿结构：
物质：GaAs、InSb、GaP、InAs、BSb、AlSb、GaSb、CdTe、ZnSe、ZnS、SiC
结构特点1：类似于金刚石结构，Ga占据对角线上的原子、As占据顶角和面心。
结构特点2：套构成晶胞的两个面心立方分别由两种不同原子组成。
（3）纤锌矿结构：
物质：ZnO、ZnS、CdS、HgS、CdSe、GaN、AlN、InN
结构特点：由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成。
（4）氯化钠结构：
物质：CdO、PbS、CdSe、PbTe、SnTe
结构特点：两个面心立方格子沿1/2体对角线平移嵌套。
2)化学键：
共价键（Ge、Si）、离子键、范德瓦尔斯键、他们的混合键(GaAs是共价键和离子键的混合键)
（真题）晶体的结合力又称化学键。磷化铟的化学键是：
A．共价键 B．离子键 C．金属键 *D．共价键与离子键的混合键
3)共价键的饱和性和方向性
饱和性：指每个原子与周围原子之间的共价键数目有一定的限制，对于1个si原子来说是4个共价键饱和。
方向性：指原子间形成共价键时，电子云重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向，对于IV族元素来说，从正四面体中心原子出发指向它的四个顶点原子<111>晶向。
4)sp3杂化：
是指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化的过程。原子发生sp3杂化后，上述ns轨道和np轨道便会转化成为四个等价的原子轨道，称为“sp^3杂化轨道”。“杂化”是同一个原子（例如C原子）的能量相近的各个原子轨道平均混合成一组新的原子轨道的过程。sp3杂化后体系能量降低，分子的稳定性增强。
5)共价四面体：
任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价健形成正四面体
（真题）下列各晶体中，其中任何一个原子都被相邻的4个原子所包围，以共价键形成正四面体结构，并向空间伸展成网状结构的是
A.甲烷
B.石墨
C.晶体硅
D.水晶
解析：甲烷是正四面体结构，但它是单分子，故其不会向空间伸展呈网状结构，石墨每一层内是正六边形结构，水晶形成的不是正四面体结构。金刚石也是共价键四面体结构
（2）晶向指数<>与晶面指数{}
A.晶向指数：某个晶向矢量在三晶轴上投影的互质整数，记为[mnp]。此外，同类晶向记为。一个晶相指数代表相互平行、方向一致的所有晶向。
<100>表示了6个同类晶向（x,y,z 3轴*2正反向）；
<110>表示了所有面对角线12个同类晶向（3面*2对角*2正反向）；
<111>表示了所有8个空间对角线的晶向（4空间*2正反向）。
<112>与<111>相似理解
B.晶面指数
3.晶向与晶面
（1）晶向指数
（2）晶面指数
将晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒数的互质整数h、k、l称为晶面指数或米勒指数，记作(hkl)并用来表示某一个晶面。此外，同类型晶面通常用{hkl}表示
{100}包括(100)、(010)、(001)共3组晶面
{110}包括(110)、(101)、(011)、(1-10)、(10-1)、(01-1)共6组晶面
{111}包括(111)、(11-1)、(-111)、(1-11)共4组晶面
4.缺陷
（1）点缺陷
肖特基缺陷（空位从外部运动到内部，无间隙原子）与弗伦克尔缺陷（间隙原子与空位
成对出现）
（2）线缺陷（位错）：
（a）刃型位错
由于在位错线AD远处的晶格要么滑移了一个原子间距、要么没有发生滑移，因此在位错线AD周围晶格发生畸变，像刀一样插入的晶体，该位错叫棱位错或刃型位错。特点：滑移方向BA与位错线AD垂直。
（b）螺型位错
与刃型位错不同，刃型位错更像挤压导致，螺型位错更像扳弯所致。特点：滑移方向BC与位错线AD平行
（3）层位错
原子排列次序错乱而形成的一种面缺陷，称为层错。Si晶体中常见的层错有外延层错和热氧化层错。
