1.第一章晶体结构概论.ppt

A B C D E F G 例2: 在立方晶系中画出(210)、 晶面。 晶面在三个坐标轴上的截距分别为： 1 (210) 1 1 密勒指数是(210) 的晶面是ABCD面； (121) 密勒指数是 的晶面是EFG面； 原子体密度的计算 例题：面心立方结构晶体的晶格常数是4.75埃，确定其原子体密度。 晶体单位体积中的原子密度 原子面密度的计算 例题：某一面心立方结构晶体的晶格常数是4.75埃，计算：（a）（100）平面的原子面密度 （b）（110）平面的原子面密度。 晶体某个确定面，如（110）晶面上的原子密度 原子性很固体时相互作用以达到最低能量，这一来于参与的原子或原子团类型。原子价键或相互作用的类型取决于原子或原子团。 离子晶体：离子间通过离子键结合形成的晶体。 共价晶体：主要由共价键结合形成的晶体，常见的金刚石、硅、氮化硅、氧化硅等都是共价晶体。 分子晶体：分子间通过分子间作用力(包括范德华力和氢键)构成的晶体。常见分子晶体有： 所有非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机化合物、所有常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易挥发的固态物质 金属晶体：主要由金属键结合形成的晶体，各种金属。 1.4 原子价键 1.5 固体中的缺陷 固体中的杂质 固体中引入杂质的方法——掺杂 扩散：通常是将欲掺杂原子放在高温气氛中，杂质原子替位。 特点：温度高，1000℃ 离子注入：杂质离子被加速后倒入半导体表面。 特点：杂质离子能量高，50KeV; 可注入到指定区域； 但会引起颈各位以损伤。 1.6 半导体材料的生长 在熔融体中生长： 直拉单晶法：用与熔体相同材料的小单晶体作为籽晶，当籽晶与熔体接触并向上提拉时，熔体依靠表面张力也被拉出液面，同时结晶出与籽晶具有相同晶体取向的单晶体。比如硅锭。 区域提纯：高温线圈沿硅锭轴向移动，线圈感应生热表层液化，进而带走杂质。 1.6 半导体材料的生长 外延生长： 薄层材料就生长在另一单晶材料上。这另一单晶材料称为衬底，一方面作为薄层材料的附着体，另一方面即为单晶生长所需的籽晶。 同质外延：衬底与外延层可以是同一种材料； 异质外延：衬底与外延层也可以是不同材料。 具体方法：化学气相沉积法（CVD） 液相外延 分子束外延。 * * * 第一节 晶体的特征 1.1 固体的分类 1.2 晶体的结构 本节主要内容: 1.1 半导体材料 半导体材料（semiconductor material）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。 常见半导体材料有： 四族元素：硅、锗 三五族化合物：磷化铝、砷化铝、磷化镓、砷化镓、磷化铟 1.2 固体类型（按结构分类） 晶体（晶态）:原子按一定的周期排列规则的固体 （长程有序,如盐、糖等） CaCO3晶体结构 雪花晶体结构 高温超导YBaCuO晶体结构 固体分类（按结构） 非晶体（非晶态）:原子的排列没有明确的周期性 （短程有序）如：玻璃、橡胶、朔料 Be2O3 单晶结构 Be2O3 非晶结构 固体分类（按结构） 准晶体: 介于晶体和非晶体之间的状态 （有长程取向性，而没有长程的平移对称性） (c) Penrose拼接图案 可以用Penrose拼接图案显示其结构特点 固体分类（按结构）另一种分类方法 单晶体: 在材料整个范围内都有几何周期性。 多晶体: 由具有不同大小和方向的晶粒（单晶区域）构成。 无定型: 只在几个分子尺度内有序，非晶体。 晶体、非晶体 至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。 晶体：长程有序 非晶体中原子排列不具有长程的周期性，但基本保留了原子排列的短程序，即近邻原子的数目和种类、近邻原子之间的距离(键长)、近邻原子配置的几何方位(键角)都与晶体相近。 非晶体：短程有序 理想晶体： 实际晶体： 内在结构完全规则的固体，又叫完整晶体 固体中或多或少地存在有不规则性，在规则（排列）的背景中尚存在微量不规则的晶体称为近乎完整的晶体 2.晶体的分类 晶 体 按晶胞分立方晶系六方晶系四方晶系三方晶系正交晶系单斜晶系三斜晶系 按对称性分 立方体六方体 按功能分 导体 半导体绝缘体磁介质电介质超导体 按结合方式分 分子晶体离子晶体共价晶体金属晶体氢键晶体 (b) (c) (a) (a)、(b)、(c)为