固体电子

电子科技大学微电子固体电子学院固体电子学导论李竞春IntroductiontoSolidStateElectronics电子科技大学微电子固体电子学院固体电子学导论：用原子、电子结构阐明固体物理性质（力、热、电、光等）固体材料深入研究新材料、新器件、新技术固体非晶体（石英、玻璃等）晶体：单晶（作器件，Si、Ge、GaAs等）多晶（MOS器件多晶硅栅）人造天然1.1晶体的宏观特征一、晶体宏观特征：规则的几何外形、解理性、物理特性各向异性。1、外形：凸多面体、外形对称、规则。石英晶体外形同一品种的晶体，由于生长条件不同，外形并不一样。不同一品种的晶体，外形不一样不能完全根据形状和大小来确定晶体！2、晶面、晶棱、顶点：晶面：围成晶体多面体的面晶棱：晶面的交线。顶点：晶棱的会集点。顶点晶棱晶面3、晶面夹角守恒：属于同一品种的晶体，在相同温度、压力下，对应晶面法线之间的夹角恒定不变。4、解理性：在外力作用下，晶体沿某些确定方位晶面裂开的性质。5、物理性质各向异性：热膨胀系数、电导率、折射率、解理性、弹性模量、导热系数石墨结构二、单晶与多晶单晶：原子有规律的周期性排列，短程、长程有序。多晶：大量微小单晶堆砌而成，短程有序、长程无序。三、非晶体宏观上看：没有晶体的宏观特征。微观上看：原子排列无规律，短程、长程无序。1.2晶体的微观特征：单晶模型：理论上研究一种原子排列完整无限的理想晶体。一、空间点阵与基元1、空间点阵：晶体内部结构，可以看成一些相同的点（数学上抽象的点，格点或阵点），在空间作有规律的、周期性的无限分布。2、基元（basis)：晶体中基本结构单元。在空间点阵中用格点代表，基元可能代表原子（离子）或原子团。晶体结构=基元+空间点阵基元实际晶体格点和空间点阵格点4、布喇菲格子：通过空间点阵的格点，可作许多平行直线族，把点阵分成网格晶格复式格子布喇菲格子：晶体由同种原子组成。基元含一个原子，一个原子对应一个格点，空间点阵中，每个格点周围环境相同。基元是由两种或两种以上的原子组成的晶格。基元是由相同的一种原子组成。但在空间点阵中每个格点周围环境不同。晶格：小球代表晶体中原子（离子），直线将小球连接而构成晶体的格子。基元布喇菲格子？请看下页原子结构格点其布喇菲格子为复式晶格（原子形成网格）或两个布喇菲格子平移、套购而成复式格子布喇菲格子布喇菲格子二、初基元胞（固体物理学原胞PrimitiveCell）1、初基元胞：取最小重复单元，格点在元胞顶角上，每个初基元胞内包含一个格点。2、基矢（）：以一个初基元胞的一顶角为原点，指向另三个相邻格点的边矢。三维二维一维321aaa1a2a3a1a2a1a1a1a1a1a2a2a2a2aba3、初基元胞的体积三维初基元胞形状平行六面体4、格矢：取任意格点为原点，指向其它格点的矢量321aaa332211alalalRllRlRrrAB5、位矢：初基元胞中任意一点位置的矢量。A、B两点位于不同初基元胞中相同的位置，物理性质相同。如势能rRVrVlBA同类原子，周围环境不同基元：+aPQ原子格点六角蜂房结构jiaajiaa2323232321a一个初基元胞包含一个格点（两个原子）六角蜂房结构的晶格YXa1a2三、惯用元胞（结晶学原胞）1、惯用元胞：不一定是最小重复单元，格点也不一定在元胞顶角上。每个惯用元胞包含格点数不限。2、惯用元胞的基矢（）：以一个惯用元胞的一顶角为原点，指向另三个相邻格点的边矢。3、格矢：由原点到某一格点矢量。4、惯用元胞体积cbaclbnamRlcba四、根据基矢的长短与夹角不同，可分为七大晶系。立方晶系a=b=c布喇菲格子：简立方（sc）、体心立方（bcc）、面心立方（fcc）例一维晶格布喇菲格子元胞（初基、惯用）a1iaa1基矢aABnaxxA、B两点物理性质相同oxn（1）复式晶格ad元胞元胞或（2）（3）复式晶格元胞（含2个原子）元胞或