2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的晶格结构和结合性质1

半导体的晶格结构和结合性质2024/5/162半导体的晶格结构和结合性质（100）面上的投影2024/5/163半导体的晶格结构和结合性质硅、锗基本物理参数晶格常数硅：0.543089nm锗：0.565754nm原子密度硅：5.00×1022锗：4.42×1022共价半径硅：0.117nm锗：0.122nm2024/5/164

半导体的晶格结构和结合性质闪锌矿结构和混合键与金刚石结构的区别共价键具有一定的极性（两类原子的电负性不同），因此晶体不同晶面的性质不同。不同双原子复式晶格。常见闪锌矿结构半导体材料Ⅲ-Ⅴ族化合物部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化汞，碲化汞等半金属材料。2024/5/165半导体的晶格结构和结合性质铅锌矿结构与闪锌矿型结构相比以正四面体结构为基础构成具有六方对称性，而非立方对称性共价键的离子性更强硫化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉等材料均可以闪锌矿型和纤锌矿型两种结构结晶2024/5/166

半导体的晶格结构和结合性质某些重要的半导体材料以氯化钠型结构结晶如Ⅳ-Ⅵ族化合物硫化铅、硒化铅、碲化铅等2024/5/167半导体中的电子状态和能带原子的能级和晶体的能带玻耳的氢原子理论氢原子能级公式氢原子第一玻耳轨道半径这两个公式还可用于类氢原子（今后用到）

意义?!2024/5/168

半导体中的电子状态和能带量子力学对玻耳理论的修正

量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方。电子的状态可用四个量子数表示。（主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数）能级存在简并2024/5/169半导体中的电子状态和能带电子共有化运动原子中的电子在原子核的势场和其它电子的作用下，分列在不同的能级上，形成所谓电子壳层

不同支壳层的电子分别用1s;2s,2p;3s,3p,3d;4s…等符号表示，每一壳层对应于确定的能量。当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外壳层交叠最多，内壳层交叠较少。2024/5/1610

半导体中的电子状态和能带原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动注意：各原子中相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相似壳层间转移。共有化运动的产生是由于不同原子的相似壳层的交叠，如图1-5所示2024/5/1611半导体中的电子状态和能带电子共有化运动使能级分裂为能带互相靠近时，原子中的电子除受本身原子的势场作用，还受到另一个原子势场的作用结果每个二度简并的能级都分裂为二个彼此相距很近的能级；两个原子靠得越近，分裂得越厉害。2024/5/1612

半导体中的电子状态和能带内壳层的电子，轨道交叠少，共有化运动弱，可忽略外层的价电子，轨道交叠多，共有化运动强，能级分裂大，被视为“准自由电子”。原来简并的N个原子的s能级，结合成晶体后分裂为N个十分靠近的能级，形成能带(允带)，因N值极大，能带被视为“准连续的”。晶体的能带存在允带和禁带而原子只存在分立的能级2024/5/1613

半导体中的电子状态和能带硅、锗晶体的能带硅、锗单个原子的价电子为2个s电子和2个p电子；形成晶体后，