第三章 固体物理基础7.1-7.4.ppt

1. 晶体的特性 固体 结构、物理性质和规律. 非晶、多晶和单晶示意图 致密度 简单正交 体心立方结构的原子球排列 晶系 晶格的晶胞根据边长(abc)及交角(αβγ)的不同，有七种不同的形状，依次把晶体分为七类，称为七个晶系。七个晶系的晶胞可分为14种类型的布拉菲格子 。 氯化铯型晶格=两种不同离子构成的基+简立方格子 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 氯化铯结构是由两个简立方的子晶格彼此沿立方空间对角线位移1/2的长度套构而成。 ●表示Cs+ ○表示Cl- 2) 氯化钠型结构 Na+与Cl-分别构成面心立方格子，是由这两种面心立方格子相互平移a/2距离套构而成。 氯化钠型结构=Na++Cl-构成的基+面心立方格子 3) 金刚石型结构 一种典型的极重要的晶体结构，半导体材料锗和硅属于这种结构。 在一个立方单元中立方体的顶角和面心被原子占据，还有四个原子分别占据在四条对角线上，对角线长度的1/4处. C一种原子，二个位置， A和A不等价，金刚石型结构不是布喇菲格子. A A M 一个由两个面心立方格子沿立方体对角线平移 ?对角线长度相互穿套而成的复式格子，基矢可采用任一子晶格的基矢，亦即面心立方的基矢. 金刚石型结构=两个不等价原子构成的基+面心立方格子 a1 a2 a3 金刚石型结构中最近邻原子间距为体对角线长度的? ，每个原子有四个最近邻原子，构成了一个正四面体结构，这是金刚石结构的一个突出的特点，这与原子的化合价键有关. 若两套不等价原子分别是硫离子和锌离子，这种结构称闪锌矿结构，重要的半导体化合物具有这种结构. 4) 闪锌矿(立方ZnS)型结构 硫和锌分别组成面心立方的子晶格。而沿空间对角线位移 ? 的长度套构而成, 即金刚石型结构中两不等价 C 原子分别为硫离子和锌离子占据. 5) C60晶体结构 C60是20世纪90年代初发现的由60个碳原子结合而成的分子，具有类似足球形状的笼型结构，直径约为10.9 nm. 以C60分子为基形成的晶体相应的空间格子是面心立方，每个C60分子均位于面心立方的格点上. 原则上C60晶体是由60个面心立方子晶格穿套而成的复式格子，每个原胞内含一个C60分子. 7.2 晶列与晶面 晶列 通过任意两个格点连一直线，则这一直线包含无限个相同格点，这样的直线称为晶列，也是晶体外表上所见的晶棱。 一族平行晶列把所有点包括无遗。 在一平面中，同族的相邻晶列之间的距离相等。 通过一格点可以有无限多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。 有无限多族平行晶列。 晶列的特点 晶面 空间点阵可以从各个方向被划分成许多组平行且等距离的平面点阵。这些平面点阵所处的平面称为晶面。 所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏。 一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情况相同。 晶格中有无限多族的平行晶面。 通过任一格点，可以作全同的晶面与某一晶面平行，构成一族平行晶面。 晶面的特点 一族晶列的特点是晶列的取向，该取向为晶向；同样一族晶面的特点也由取向决定，因此无论对于晶列或晶面，只需标志其取向。 晶向指数与密勒指数 晶向指数（晶列方向的表示方法） 任一格点A的位矢Rl为 式中l1、l2、l3是整数，若互质，直接用他们来表征晶列OA的方向(晶向)，这三个互质整数为晶列的指数，记以[l1,l2,l3]——晶向指数或晶列指数。 Rl=l1a1+l2a2+l3a3 O Rl A a1 a2 a3 描述晶面的方向，一般用密勒指数来标记。选择一组平移矢量，以结晶学原胞的基矢a、b、c为坐标轴。设有一晶面与a、b、c轴交于M1、M2、M3三点，截距分别为： 密勒指数（晶面方向的表示方法） · · · · · · · a b c M1 M2 M3 OM1=ha=3a OM2=kb=2b OM3=lc=c 以a，b，c为单位，这三个截距h，k，l 可以用来表示晶面的指数。 为避免晶面与a、b或c轴平行造成截距趋于∞，密勒用h，k，l倒数的互质数比(h,k,l)来表示晶面： (h,k,l)称为晶面的密勒指数。 · · · · · · · a b c M1 M2 M3 (2,3,6) 有一ABC面，截距为4a、b、c，截距的倒数为1/4、1、1，则它的密勒指数为 另有一晶面，截距为2a、4b、∞，截距的倒数为1/2、1/4、0，它的密勒指数为 (1,4,4) (2,1,0) 晶面指数简单的晶面，如(110)、(111)是重要的晶面。 晶面指数越简单的晶面，面间距 d 就越大，格点的面密度大。 格点的面密度大，表面能小，结合力较弱，因而较易被切割，这样的晶面也称为解理面，在晶体生长过程中易于显露在外表。 格点的面密度大的晶