六方晶系.PPT

* (a)碘的晶體結構 (b)碲的晶體結構 (c)砷的晶體結構 圖1-7　典型非金屬的晶體結構 * 1.3.2典型晶體結構 氯化鈉(NaCl)具有面心立方結構。 每個結構單元含一個鈉離子和一個氯離子，該結構可認為是分別由鈉離子和氯離子組成的兩個相同的面心立方格子，沿體對角線相對位移1/2對角線長度套構而成(圖1-8) 氯化銫(CsCl)具有簡單立方結構(圖1-9)。 銫離子和氯離子分別組成兩個相同的簡單立方格子，沿體對角線相對位移1/2的長度套構而成。具有CsCl結構的一些晶體見表1-3 * a(nm) 晶體 a(nm) LiH 0.408 AgBr 0.577 NaCl 0.563 MgO 0.422 KCl 0.629 MnO 0.443 PbS 0.592 KBr 0.659 表1-2　具有氯化鈉結構的晶體 * 圖1-8　氯化鈉晶體結構 * 圖1-9　氯化絕晶體結構 * a(nm) 晶體 a(nm) CsCl 0.411 CuZn 0.294 TlBr 0.397 AgMg 0.328 TlI 0.420 LiHg 0.329 NH4Cl 0.387 AlNi 0.288 CuPd 0.299 BeCu 0.20 表1-3　具有氯化絕結構的晶體 * 1.3.2典型晶體結構 鑽石具有面心立方結構，每個結構單元包含兩個原子。鑽石結構可認為是由兩個相同的面心立方格子，沿體對角線相對位移1/4的長度套構而成(圖1-10) 圖1-10　鑽石晶晶體結構 * 1.3.2典型晶體結構 如果把鑽石結構中的兩個面心立方晶格上的碳原子，一個換成鋅原子，另一個換成硫原子，則形成閃鋅礦結構(Zinc-blend Structure)(圖1-11) 圖1-11　閃鋅礦晶體結構 * 1.3.2典型晶體結構 纖鋅礦結構(Wurtzite Structure)屬於六方晶系，晶格常數為a=0.384nm，c=0.5180nm。在一個結晶學原始晶胞中含有兩個Zn原子、兩個S原子，纖鋅礦晶體結構見圖1-12 圖1-12　纖鋅礦晶體結構 * 1.3.2典型晶體結構 螢石(CaF2)晶體屬於立方晶系，面心立方晶格，晶格常數a=0.545nm。在一個結晶學原始晶胞中含有4個Ca離子和8個F離子。整個螢石晶體結構可看作是三個相同的立方晶格套疊而成，其結構見圖1-13。 圖1-13　氟化鈣晶體結構 * 1.3.2典型晶體結構 鈣鈦礦型結構(Perovskite Structure)是以天然鈣鈦礦(CaTiO3)命名的。在鈣鈦礦結構中，Ca2+和O2-共同構成近似立方最緊密堆積，Ca2+周圍有12個O2-，每一個O2-被4個Ca2+包圍，Ti4+佔據著由O2-形成的全部八面體(octahedron)空隙，CaTiO3晶體結構見圖1-14 。 圖1-14　鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結構模型 * 1.4基礎能帶理論 固體中含有大量的電子，但不同固體中的電子導電性相差極大。 如導電體的電阻率高達10-5~10-4Ω.cm， 半導體的電阻在10-4~1010Ω.cm， 絕緣體的電阻率高達1010~1022Ω.cm 求解固體晶體中電子的容許能態的能帶模型稱為能帶理論。 一類能帶模型是近乎自由電子近似(nearly-free-electron approximation)，對於金屬經典簡化假設是將價電子考慮成可在晶體中穿越的自由電子，僅僅受到離子晶格的弱散射和擾動。 * 1.4基礎能帶理論 求解固體晶體中電子的容許能態的能帶模型稱為能帶理論。 一類能帶模型是近乎自由電子近似(nearly-free-electron approximation)，對於金屬經典簡化假設是將價電子考慮成可在晶體中穿越的自由電子，僅僅受到離子晶格的弱散射和擾動。 另一類能帶模型包括緊束縛近似(tight binding approximation)，克朗尼-潘尼近似(Kronig-Penney approximation)，原始晶胞法和原子軌道線性組合(linear combination of atomic, LCAO)等，這些近似都是計算能帶的方法，而且能夠給出明顯的物理意義。 * 1.4.1近乎自由電子近似 近乎自由電子近似是考慮晶體晶格中勢場V(x)≠0的情況。晶體晶格的性質之一是有平移對稱性，晶格勢場V(x)是個週期性函數，電子在這種週期勢場中運動 對於一維晶體，薛定諤方程式(Schrodinger equation) 將V(x)展開成級數 式中，j為虛數(virtual number)單位，右側第二項隨著x的座標變化而週期變化，變化週期為a，及V(x)=V(x+a)。 * 1.4.1近乎自由電子近似 一維能帶理論倒出下述結