第一章功能概论介绍.ppt

* 晶面指数的意义： 1、晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着 一组相互平行的晶面。 2、在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，以{h k l}表示，它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。 3、立方晶系中，相同指数的晶向和晶面垂直； 立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面； 立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面； * * 1.点缺陷（零维缺陷） ? 　　缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。 　　包括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle），如图1-1所示。 ?　　点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 * 图1-1 晶体中的点缺陷  (a)空位 (b)异类原子 (c)间隙原子 * 2.线缺陷（一维缺陷） 　　指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错（dislocation），如图1-2所示。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 * 　图2-2 　(a)刃型位错　　　　　(b)螺型位错 (a) (b) * 3.面缺陷 　面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 * 二、按缺陷产生的原因分类 1. 热缺陷 2. 杂质缺陷 3. 非化学计量缺陷 4. 其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等 * 导体、绝缘体和半导体 1、导体：善于传导电流的物体，其电阻率很小 2、绝缘体：电阻率极高的物体 3、半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间 4、晶体的能带结构 1947年12月，美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱三人利用半导体材料锗制成第一个晶体管，同获1956年诺贝尔物理学奖。 * （1）、能带的形成 a、外层电子共有化 对大量原子有规则地排列成晶体时，由于原子离得很近，每个电子不仅受到本身原子核的作用，而且受到邻近原子核的影响,内层电子因受原子核的牢牢束缚而影响较小；价电子或外层电子却不同，外层电子受邻近原子的作用更强，容易脱离原来的原子而进入到其他原子当中。 即电子不再分属各个原子所有，而是属于整个原子所共有，这称电子的共有化， b、能带的形成 * 因为当有N个相同的自由原子时，每个原子内的电子有相同的分立的能级，它们是N重简并的，当这N个原子逐渐靠近时，原来束缚在单原子中的电子，不能在一个能级上存在（违反泡利不相容原则）从而只能分裂成N个非常靠近的能级（10-22ev），因为能量差甚小，可看成能量连续的区域，称为能带。 1s 2p 2s E o 原子间距 禁带 禁带 能带 * （2）电子填空能带的情况 a、满带：各能级都被两个自旋相反电子填满的能带 满带 当电子从原来状态转移到另一状态时，另一电子必作相反的转移。没有额外的定向运动。满带中电子不能形成电流。 * 导带 电子可在外场作用下跃迁到高一级的能级形成电流。故称为导带。 b、导带：能级没有被电子填满的能带 c、空带：各能级都没有被电子填充的能带 d、价带：价电子所处的带称为价带 * （3）金属、半导体、绝缘体的能带结构 a、导体：价带是导带或等效导带 导带 满带 满带 空带 满带 空带 重叠 相连 b、绝缘体：只有满带和空带，且禁带宽度较大 满带 空带 禁带 例如金刚石中两个碳原子相距15纳米时，Eg=5.33电子伏。 * c、半导体：价带是满带，但是禁带宽度较小 导体、半导体、绝缘体的不同，主要是能带结构不同 满带 空带 禁带 例如硅?Eg=1.14电子伏，锗?Eg=0.67电子伏，砷化镓?Eg=1.43电子伏。 金属导电与半导体导电的差别：金属导电的载流子是自由电子，半导体导电的载流子是导带中的电子和价带中的空穴。 * 二、本征半导体与杂质半导体 1、本征半导体：不含杂质的纯净半导体，很少实际应用 空带 满带 禁带 -e -e -e -e Ie IP ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 本征激发 空 穴 电 流 导电机制： 本征导电中的载流子是电子和空穴 （本征导电） * 2、杂质半导体：有n型和p型 n型：本征半导体中掺入微量五价的杂质原子，多余电子导电 例在四价锗（Ge）元素半导体中掺入五价砷（AS）所形成的半导体 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4