10晶体结构.

10晶体学基础2020年1月15日环境与能源工程学院•1、晶体–晶体的特性–晶体结构2020年1月15日星期三主要内容•2、立方晶体–简单立方–面心立方–体心立方•3、几种典型半导体材料的结构–金刚石结构–闪锌矿结构–纤锌矿结构–氯化钠结构1、晶体生活中有哪些晶体和非晶体？他们有什么区别？晶体非晶体外观有整齐规则的几何形状不能自然形成规则的多面体熔点有固定熔点无固定熔点异同表现各向异性各向同性结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构1.1晶体的特性自限性(自范性)：晶体在一定条件下能自发形成几何多面体的形状。结晶一致性：同一晶体的不同部分具有相同的性质。各向异性：晶体性质随方位不同而有差异的特性。对称性：晶体中的晶面、晶棱、角顶、结点及物理化学性质等在不同方向作有规律地重复。最小内能性：在相同热力学条件下，与同种成分的非晶体、液体、气体相比，其内能最小。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•对称的、有规则的排列叫晶体的点阵或晶体格子，简称晶格。•在固体物理中，通常选取最小的重复单元来反映晶格的周期性，这种最小的重复单元称为原胞。•结晶学中常选取原胞的几倍，称为晶胞。•晶胞不仅反映晶格的周期性，也反映晶格的对称性。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•晶体又可分为单晶体和多晶体。•单晶体：同一种晶胞在三维空间里不断的重复平移，就组成了晶体•多晶体：有大量结晶学方向不同的单晶体组成。（各向异性特征消失，不具备同一晶向，不具备周期性和对称性）晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构单晶原子结构多晶原子结构非晶无定形结构2020年1月15日星期三1.2晶体的结构•为了研究晶体中原子、分子或离子的排列，把这些粒子的重心作为一个几何点，叫做格点。•晶体中有无限多个在空间按一定分布规律分布的格点，称为空间点阵。（布拉维格子）•在空间点阵中通过两个格点作一条直线，在这条直线上一定有无数个格点，这样的直线叫做晶列，互相平行的晶列构成晶列族，一个晶列族包含晶体的全部格点。•在空间点阵中，不同的三个晶列族分空间为无数格子，称为晶格。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•由于每一族中的晶列互相平行，并且完全等同，一族晶列的特点是晶列的取向，称为晶向。•用晶向指数来表示。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•任一晶列的晶向指数按一下方法确定：1.建立坐标系，结点为原点，三棱为方向；2.通过原点作一与该晶列平行的晶列；3.求出通过原点的此晶列任一格点的坐标，将其化为互质整数h、k、l；4.放在方括号中，不加逗号，负号记在上方，就得到晶向指数[hkl]。•同一晶列族有着相同的结点间距和质点分布，其等同晶向用hkl表示。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构例题：在一个简单立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。简单立方（SC）xyz晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•通过晶格的格点可作许多间距相同而互相平行的平面，称为晶面。•有同一晶向的所有晶面都相似，属于同一晶面族。一块晶体可以划分出很多晶面族。•晶面的方向用密勒指数（uvw）来标记。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构•方法确定：1.建立坐标系，结点为原点，三棱为方向；2.求出晶面在三个坐标上的截距a1、a2、a3；3.计算截距的倒数b1、b2、b3；4.放在圆括号中，不加逗号，负号记在上方，（uvw）。•同一晶面族有着相同的面间距、面密度和质点分布，等同晶面用{uvw}表示。简单立方晶格中一个晶面的密勒指数和晶面法线方向的晶向指数完全等同。晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构绘出晶面)211()433(和)433()211()413131-(取倒数)4311-(化简)211-1(取倒数晶体的特性晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构2020年1月15日星期三2、立方晶体一、简单立方晶体三个边长相等且互相正交原子位于顶角，其他部位没有原子每个原子为8个晶胞所共有，每个晶胞有8个原子，所以这8个原子对一个晶胞的贡献是1个原子。简单立方（SC）晶体晶体结构几种……立方晶体二、面心立方晶体除顶角外，6个面上各有一个原子，6个面心原子对这一个晶胞的贡献为3个，所以每个面心立方具有4个原子。面心立方（FCC）体心立方（BCC）2020年1月15日星期三三、体心立方晶体有两个原子Li、Na、K晶体晶体结构几种……立方晶体2020年1月15日星期三3、几种典型半导体材料的结构一、金刚石结构型材料abcd金刚石结构（Diamond）四面体结构图晶体晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构2020年1月15日星期三二、闪锌矿结构Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体闪锌矿型晶体结构:与金刚石结构相似,但由两类原子构成.以共价键为主,但有离子键成份.晶体晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构2020年1月15日星期三三、纤锌矿结构II-VI族化合物、电负性差异较大的III-V化合物通常属于纤锌矿结构。晶体晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构2020年1月15日星期三四、氯化钠结构•IV-VI族化合物如硫化铅、硒化铅、碲化铅为氯化钠型晶体结构。晶体晶体结构立方晶体几种典型半导体材料结构请绘出下列晶向：[001][010][100][110]课堂练习：]011[]110[]112[请绘出下列晶面：(001)(010)(100)(110))011()110()112(xyz2020年1月15日星期三环境与能源工程学院2020年1月15日星期三