1、硅晶体结构及结合性质

硅原子 Si（Silicon）
Ⅳ族，原子序数14，原子量28.086，14个核外电子，
核外电子分布：1s22s22p63s23p2， ４个价电子组态3s23p2
价电子
硅晶体结构 顶角原子 电子 中心原子 顶角原子
顶角原子
顶角原子
正四面体结构单元 金刚石型结构
金刚石型结构晶格点阵
第一章
1.1 1.2
半导体中的电子状态
半导体的晶格结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带
1.3
1.4 1.5 1.6 1.7
半导体中电子的运动、有效质量
本征半导体的导电机构、空穴 回旋共振 硅和锗的能带结构 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构
1.8
Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的能带结构
1.1 半导体的晶格结构和结合性质
Ⅴ
Ⅴ ⅢLeabharlann Ⅲ ⅤⅢⅢ
Ⅴ
Ⅴ
正四面体结构单元
Ⅲ族、Ⅴ族原子各贡献一个价电子形成SP3杂化轨道共价键，但Ⅴ族原
子具有较Ⅲ原子强的电负性，共有电子云更多地分布给Ⅴ族原子， Ⅴ族原
子因而带有负电。Ⅲ族原子分配的电子云少一些而带正电。正负电荷之间产 生库仑作用。原子间结合力中共价键占优势，同时存在离子键成分，称为混
金刚石型结构原胞
2、锗晶体结构
锗原子Ge Ⅳ族，原子序数32，原子量72.59，32个核外电子， 电子组态1s22s22p63s23p63d104s24p2 ４个价电子组态4s24p2。 锗晶体结构 结构单元为正四面体，正四面体构成金刚石型结构， 晶格由两套不等价面心立方格子沿体对角线套构而成
A
Ⅵ Ⅵ
A
A A
A
（001）面
4、氯化钠结构
Na+ Cl-
硫化铅、硒化铅、碲化铅不
以四面体结构为基本结构单元， 而是氯化钠型结构（钠离子面 心立方晶格与氯离子面心立方
a
晶格相互位移二分之一晶格常
数套构而成）。
2．闪锌矿型晶格结构和混合键
闪锌矿型晶格结构单元 Ⅲ Ⅴ
Ⅴ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ Ⅲ 正四面体结构单元
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
闪锌矿型晶格结构 Ⅲ Ⅴ
GaAs （Gallium Arsenic）晶格结构单元
As
Ga
Ga As As
As Ga
Ga
As
Ga
闪锌矿型结构原子间的结合力（混合键） Ⅲ V族原子价电子组态4s24p3 Ⅲ族原子价电子组态4s24p1
合键，对应的半导体称为极性半导体。
3．纤锌矿型结构（六方密堆积）
Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体硫化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉可具有纤锌矿型 结构。正四面体为结构单元。两种原子各自组成六方密排面，按ABAB……. 排列，再相互套构而成晶格。 Ⅱ族原子的六方密排：
A
Ⅱ
A
Ⅱ
A A
A
（001）面
V族原子的六方密排：
元素半导体 Si Ge C（金刚石）
半导体晶体 单晶体 晶体 固体 多晶体 非半导体晶体
Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 GaAs、InP、…
Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体 化合物半导体 CdS、ZnS 、…
硅锗化合物半导体 Si1 xGe x
非晶体
硅是最常用元素半导体，砷化镓是最常用化合物半导体
一、金刚石结构和共价键(以硅锗为例)