半导体的能带结构.ppt

1、第二章：半导体的能带结构2.1半导体的结构，2. 2半导体的能带结构，*半导体的概要，固体材料分为超导体、导体、半导体、绝缘体，由于导电性(电阻)，电阻率介于导体和绝缘体之间，具有负电阻温度系数的半导体，2.1半导体的结构电阻率导体： 10-3cm，例如， Cu10-6cm半导体： 10-2cm109cm Ge=0.2cm绝缘体： 109cm，t，r，半导体，金属，绝缘体，电阻温度系数，半导体材料的分类，功能和应用，微电子半导体，光电半导体，热电半导体，微波半导体，瓦斯气体感应半导体，组成， 无机半导体：元素体、化合物、有机半导体、结构部分：结晶：单晶、多晶、非晶质体、*无机半导体结晶材料、无

2、机半导体结晶材料、元素半导体、化合物半导体、固态溶液半导体、Ge、Se、Si、c、b、Te、p、Sb、As、元素半导体熔点过高，难以成为单晶，不稳定且容易挥发， 低温的固相，稀有的(1)元素半导体结晶、化合物半导体、-族、-族、InP、GaP、GaAs、InSb、InAs、CdS、CdTe、CdSe、ZnS、SiC、GeS、SnTe、GeSe、PbS， PbTe AsSe3、AsTe3、AsS3、SbS3、CuO2、ZnO、SnO2、*化合物半导体和固态溶液半导体、过渡金属氧化物半导体： ZnO、SnO2、V2O5、Cr2O3、Mn2O3、FeO、CoO、NiO等。 尖晶石型化合物(磁性半导体

3、):主要有CdCr2S4、CdCr2Se4、HgCr2S4等。 稀土类氧、硫、硒、碲化合物：有EuO、EuS、EuSe、EuTe等。 (1)非晶质体Si、非晶质体Ge和非晶质体Te、Se元素半导体(2)化合物为GeTe、As2Te3、Se4Te、Se2As3、As2SeTe非晶半导体材料、*非晶半导体材料、有机半导体、酞菁染料类和多环、稠环化合物、聚乙炔和环化脱水聚丙烯腈等导电性高分子，他们具有较大的键结构有机半导体、高分子聚合物、有机分子晶体、有机分子络合物、晶体结构：原子的有序排列，主要是原子的排列具有周期性或被称为长有序。 具有这种排列结构的材料是结晶。 晶体中的原子、分子有序排列的结果

4、表明晶体具有有序的几何外形，x射线衍射证实了这一结论。 晶体结构固体的结构为非晶结构多晶体结构，2.1.1空间格子2.1.2密勒指数2.1.3倒晶格，非晶结构：无长有序。 具有这种排列结构的材料是非晶质的。 了解固体结构的意义：固体中的原子排列形式是研究固体材料的宏命令性质和各种微观过程的基础。 晶体内部的结构概括了一些相同的概念在空间上有规律地、周期性地、无限地分布，总的来说，这些个的概念整体被称为点(dot )。 2.1.1空间格子，一、布拉菲的空间格子学说，正确地反映了晶体内部结构的长有序特征，随后通过空间群理论发展成了空间格子学说，形成了现代晶体几何结构的完整理论。 关于节点的说明：结

5、晶由完全相同的原子构成的情况下，节点可以是原子本身的位置。 结晶中含有几个原子时，这些个的原子构成基本结构单元(化学基元)，结节点可以表示化学基元的重心。 因为所有的化学基源的重心都是结构中的相同位置，所以化学基源中的任何想法，结节点的实例图，1 .想法，空间格子学说中所说的想法，表示结构中的相同位置，即使是结节点，也可以表示原子周围相应点的位置。 晶体由基本要素沿着空间的3个不同方向分别以一定的距离周期性平移构成，基本要素的平移距离称为周期。 一定的方向有一定的周期，不同的方向周期一般不同。 基本平移结果：晶格中各节点周围的情况相同。 2、晶格学说是晶体结构的周期性，3 .总结晶格的形成，通

6、过晶格中的节点，可以形成许多平行的直线族和平行的晶面族，晶格变成几个晶格-晶格。长方体、原单元概念的导出：为了格子周期性，以节点为顶点，以边的长度与其方向的周期相等的长方体为重复单位，来概括格子的特征。 也就是说，不是每个方向一个节点(或原子)本身，而是一个节点(或原子)加上周期长a的区域，将a称为基矢量。 这种重复单位称为原始单元。 原细胞球(重复单位)的选择规则反映了周期性的特征：只需汇总空间的三个方向的周期性大小，原细胞球即可取得最小重复单位(物理的原细胞球)，节点只位于顶角。 反映对称性特征：晶体均具有自各儿的特殊对称性。 结晶学采集的原始细胞体积不一定是最小的，节点不一定是顶角，也可

7、以是体心或面心(结晶学的原始细胞)的原始细胞边的长度总是1个周期，分别沿着3个结晶轴方向的原始细胞体积是物理学原始细胞体积的整数倍。 布拉菲格子的特点：所有方面周围情况相同。 能直观地采取一些特殊的重复单元(结晶学的原始细胞球)，其中一个节点是通过沿三度空间周期性地直线移动来形成的。 如果由完全相同的原子组成，这个原子组成的格子是布拉格格子，和节点组成的格子相同。 晶体的化学基中包含2种以上的原子，在各个化学基中，对应的同种原子构成与节点相同的晶格-子晶格(或子晶格)。 复式晶格(或晶格)由所有相同结构的子晶格相互位移的嵌套结构形成。 4 .节点总结-布拉格晶格或布拉格晶格，晶格(简称晶格):

8、晶体中原子排列的具体形式。 原子有序沉积的意义：假设晶格为原子有序沉积，有助于了解晶格组成、晶体结构及其相关性能等。 二、晶格实例，1 .简单立方晶格2 .体心立方晶格3 .原子球排列最为紧密的两种方式，特征：层内为正方排列，原子球规则排列的最简单形式的原子层叠，各层的球完全对应，形成简单的立方晶格该晶格不存在于实际的晶体中，但更为复杂原子球的正方形阵列、简单立方晶格的典型单元、1 .简单立方晶格、简单立方晶格的原子球心形成一个三次元立方晶格结构，整个晶格可以认为是这样的典型单元在三个方向上重复排列构成的结果。简单立方晶格单元在三个方向上重复排列而成的模式、2 .体心立方晶格、体心立方晶格的典

9、型单元、排列规则：层和层的堆积方式是上层的原子球的心位于下层的球的间隙，下层的球的心的排列位置为a，上层的球的心的排列位置为b， 体心立方晶格中正排列原子层间的沉积方式有abababababab、体心立方晶格的沉积方式，3 .原子球排列得最密的两种方式，密排面：原子球在该平面内排列得最密的方式，可以表示为沉积方式：沉积时将一层的球心与另一层的球的间隙对齐，最前者称为六角密排列光栅(Be、Mg、Zn、Cd等)，后者称为立方密排列光栅，或者面心立方晶格(Cu、Ag、Au、Al等)、面心立方晶格(立方密排列光栅)，面心(111 )将立方密排列的化学基包含两个以上的原子的光栅称为复式光栅。 注：晶体由

10、一个原子构成，但在晶体中原子周围的状况不同的情况(例如，用x射线法判别为原子周围的电子云分布不同的情况)下，这样的晶格由一个原子构成，但不是布拉格晶格，而是复式晶格。、1、氯化钠金属钍结构、纳金属钍代表氯元素，纳金属钍络离子和氯元素络离子分别构成面心立方晶格，氯化钠结构购自这两个光栅相互移动一定距离。 2 .氯化铯结构，表示Cs。 Cl、3 .代表钙钛矿型结构，Ba表示Ti、结晶学细胞球，化学基中的任何想法或节点表示周期性重复的结晶结构，并且当复式原子重复的结晶结构、四、2.1.2密勒指数、一、结晶列1 .结晶列通过任何两个格子点连接直线时其上格子点的分布具有一定的周期-任意2个相邻格子点的间

11、隔。 1 .晶体列的特征(1)一族的平行晶体列包含所有的点。 (2)在一个平面中，同族的相邻的结晶列间的距离相等。 (3)一个晶格点可以有无限多个晶体列，其中各晶体列对应一族的平行晶体列。 (4)有无限多族平行结晶列。-。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正

12、切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。

13、的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正

14、切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 的双曲正切值。 (2)所有晶格点都位于一族的平行晶面上，没有泄漏；(3)一族的晶面平行且等距离，各晶面上的晶格点分布状况相同；(4)晶格中无穷多、二、晶面、三、晶体取向一族晶体列的特征是晶体列的取向，该取向是晶体取向的相同一族的晶体面的特征也由取向决定，所以关于晶体列和晶面，只表示其取向即可。 另外，任意的网格点a的二进制位向量Rl以Rl=l1a1 l2a2 l3a3式，l1、l2

15、、l3是整数。 如果是互质，则用他们表现结晶列OA的方向(结晶方位)，将这些个的互质整数设为结晶列的指数，l1、l2、l3、1 .结晶列指数(结晶方向的表达方法)、立方单包的三边的指数分别设为100、010、001，表现晶面的方法，即方位：在一个坐标系中该平面的法线设该族的晶面的面间隔为d，其法线方向的单位矢量为n，该族的晶面中，距原点的距离等于d的晶面的方程式，R n=d是整数r是晶面上的任意点的二进制位向量。 2 .密勒指数(结晶面方向的表达方法)将该结晶面和三个坐标轴的升交点的二进制位矢量分别设为ra1、sa2、ta3，若代入上式，则以ra1cos(a1，n)=d sa2cos(a2，n

16、)=d ta3cos(a3，n)=d、a1、a2、a3为单位： cos(a2 n) :cos(a3，n)=1r:1s:1t，结论：晶面的法线方向n与3个坐标轴(基矢量)所成的角的馀弦之比等于晶面的3轴上的切片的倒数之比。 众所周知，一族的晶面包含所有的晶格点，所以三个基矢量末端的晶格点必须分别落在其民族不同的晶面上。 假设a1、a2、a3末端的晶格点分别距原点的距离在h1d、h2d、h3d的结晶面上，则h1、h2、h3都是整数，3个结晶面分别为a1n=h1d、a2n=h2d、a3n=h3d n是该族的结晶面共同的法线的单位矢量=h1d a2cos(a2 n)=h2d a3cos(a3，n)=h

17、3d，证明截距倒数的比是整数的比，cos(a1，n): cos(a2，n) :cos(a3，n)=h1:h2:h3的结论：晶面族的法线与三个基矢量所成的角h1、h2、h3的数量相互为元素，将这些个称为其晶面族的面指数，记为(h1h2h3)。 即，将晶面的坐标轴上截距的倒数之比简约为相互质的整数比，得到的相互质的整数为面指数。几何意义：由于基矢量两端各有一个晶面，其两个晶面为同族的的晶面，两者之间存在hn个晶面，所以离原点最近的晶面(=1)的坐标轴上的切片为a1/h1、a2/h2、a3/h3，同族的的其他晶面的切片为该切片的整数倍在实际工作中，多以结晶学原细胞球的基矢量a、b、c为坐标轴表示面指

18、数。 在这样的坐标系中，表征晶面方位的互质整数被称为晶面族的密勒指数，用(hkl )表示。 例如，有ABC面，截距为4a、b、c，截距的倒数为1/4、1、1，密勒指数为(1、4、4 )。 另一个晶面，切片为2a、4b、c，切片的倒数为1/2、1/4、0，其密勒指数为(2，1，0 )。 简单的结晶指数特征：结晶轴自身的结晶指数特别简单，在100，010，001的结晶中重要的带轴指数都简单(110 )，(111 )这样的结晶指数简单的结晶面是重要的结晶面结晶指数越简单的结晶面，面间隔d越大，晶格点的面密度越大， 容易劈开的晶格点的面密度大，表面能小，在结晶成长过程中对容易出现在外观上的x射线的散射强，x射线衍射多对应摄影图片中的浓黑点。 令a1、a2、a3为单栅格的基矢量，b1=2(a2a3)表示b1垂直于由a2和a3决定的平面，而b2=2(a3a1)表示b2垂直于由a3和a1决定的平面b3=2(a1a 2表示b3垂直于由a1