半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

1、 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第三章第三章 半導(dǎo)體發(fā)光材料晶體導(dǎo)論半導(dǎo)體發(fā)光材料晶體導(dǎo)論 半導(dǎo)體發(fā)光器件的材料主要使用半導(dǎo)體發(fā)光器件的材料主要使用III-VIII-V族化合物半導(dǎo)體單族化合物半導(dǎo)體單晶、三元化合物晶體或四元化合物晶體。（如：晶、三元化合物晶體或四元化合物晶體。（如：GaAsGaAs、GaPGaP、GaNGaN、GaAsPGaAsP、 InGaNInGaN 、InGaAlPInGaAlP等）等） 本章主要介紹這些晶體的結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)以及電學(xué)結(jié)構(gòu)，本章主要介紹這些晶體的結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)以及電學(xué)結(jié)構(gòu)，這些內(nèi)容是了解、制造、測(cè)試發(fā)光材料和應(yīng)用這些材料制作這些內(nèi)容是了解、制造、

2、測(cè)試發(fā)光材料和應(yīng)用這些材料制作發(fā)光器件的基礎(chǔ)。發(fā)光器件的基礎(chǔ)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的概念一、晶體的概念 晶體是指由原子、離子、分子或某些基團(tuán)晶體是指由原子、離子、分子或某些基團(tuán)的重心有規(guī)則排列而成的固體。的重心有規(guī)則排列而成的固體。二、晶體的特點(diǎn)二、晶體的特點(diǎn) 1 1、自限性：自發(fā)形成有規(guī)則的多面體外型、自限性：自發(fā)形成有規(guī)則的多面體外型 2 2、均勻性：周期組成相同，密度相同、均勻性：周期組成相同，密度相同 3 3、各向異性：不同方向性質(zhì)不一樣、各向異性：不同方向性質(zhì)不一樣 4 4、有固定的熔點(diǎn)、有固定的熔點(diǎn) 5 5、具有對(duì)稱性、具

3、有對(duì)稱性圖3-1 晶體 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)三、晶體的分類三、晶體的分類晶體晶體單晶：指內(nèi)部的原子都是有規(guī)則排列而成的單晶：指內(nèi)部的原子都是有規(guī)則排列而成的 晶體。晶體。雙晶雙晶：兩個(gè)同種晶體構(gòu)成的非平行的規(guī)律：兩個(gè)同種晶體構(gòu)成的非平行的規(guī)律 連生體，又稱孿晶。連生體，又稱孿晶。晶簇晶簇：?jiǎn)尉б圆煌∠蜻B在一起：?jiǎn)尉б圆煌∠蜻B在一起多晶：從局部看是規(guī)則排列，從總體來看又多晶：從局部看是規(guī)則排列，從總體來看又 是不規(guī)則的晶體。是不規(guī)則的晶體。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（a）水晶單晶（b）石膏雙晶和晶簇（c）水晶晶簇（d）蛋白質(zhì)顯微照片 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照

4、 明明 技技 術(shù)術(shù)四、空間點(diǎn)陣四、空間點(diǎn)陣 經(jīng)過長期的研究，在經(jīng)過長期的研究，在19世紀(jì)提出了布拉菲的世紀(jì)提出了布拉菲的空間點(diǎn)陣學(xué)空間點(diǎn)陣學(xué)說說，認(rèn)為晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為一些相同的點(diǎn)子在空間，認(rèn)為晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為一些相同的點(diǎn)子在空間有規(guī)則地作周期性的無限分布，這些點(diǎn)子代表原子、離子、有規(guī)則地作周期性的無限分布，這些點(diǎn)子代表原子、離子、分子或某種基團(tuán)的重心，這些分子或某種基團(tuán)的重心，這些點(diǎn)子的總稱為點(diǎn)陣點(diǎn)子的總稱為點(diǎn)陣，其結(jié)構(gòu)稱，其結(jié)構(gòu)稱為空間點(diǎn)陣。這些點(diǎn)子的位置稱為為空間點(diǎn)陣。這些點(diǎn)子的位置稱為結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)。1、晶格、晶格 通過點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)，可以作許多平行的直線族和平行的通過點(diǎn)陣中的結(jié)

5、點(diǎn)，可以作許多平行的直線族和平行的晶面族，這樣點(diǎn)陣就組成晶格。晶面族，這樣點(diǎn)陣就組成晶格。2 2、晶胞晶胞 晶格中，含有晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單位叫晶格中，含有晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單位叫晶胞。晶胞。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)Na+ ClNaCl晶體的晶格晶體的晶格NaCl晶體的晶胞晶體的晶胞劃分晶胞要遵循兩個(gè)原則：劃分晶胞要遵循兩個(gè)原則： 一是盡可能反映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性；一是盡可能反映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性； 二是盡可能小。二是盡可能小。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)7 a、b、c : 確定晶胞大小確定晶胞大小 、 、 : 確定晶胞形狀確定晶胞形狀晶

6、胞晶胞參數(shù)：參數(shù)：晶胞的邊長與夾角晶胞的邊長與夾角晶胞中各原子(分子離子)的坐標(biāo) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)3、晶胞的分類晶胞的分類 晶系晶系 晶系晶系 晶軸晶軸 軸間夾角軸間夾角 實(shí)例實(shí)例 立方立方 a = b = c = 900 Cu, NaCl 四方(正方) a = b c = 900 Sn, SiO2 正交 a b c = 900 I2, BaCO3 三角(菱形) a = b = c = 900 As, Al2O3 六角(六方) a = b c = 900， =1200 Mg,CuS 單斜 a b c = = 900 ， 900 KClO3 三斜 a b c 900 K2

7、CrO7 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)圖3-2 晶胞的分類圖 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)我們學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的立方晶系的三種晶格類型：我們學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的立方晶系的三種晶格類型：（1）簡(jiǎn)單立方晶格）簡(jiǎn)單立方晶格（2）體心立方晶格）體心立方晶格（3）面心立方晶格）面心立方晶格（1）簡(jiǎn)單立方晶格）簡(jiǎn)單立方晶格 晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)分布在晶晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)分布在晶胞立方體的八個(gè)角頂，共有胞立方體的八個(gè)角頂，共有8個(gè)粒子。個(gè)粒子。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（2）體心立方晶格）體心立方晶格 晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)共有晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)共有9個(gè)，其中個(gè)，

8、其中8個(gè)在晶胞立方體的角頂，一個(gè)在晶胞立方體的角頂，一個(gè)在晶胞立方體的中心。個(gè)在晶胞立方體的中心。（3）面心立方晶格）面心立方晶格 晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)共有晶胞形狀是正立方體，結(jié)點(diǎn)共有14個(gè)，其中個(gè)，其中8個(gè)在晶胞立方體的角頂，個(gè)在晶胞立方體的角頂，6個(gè)個(gè)在晶胞立方體在晶胞立方體6個(gè)面的中心。個(gè)面的中心。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)1 1、晶面及晶面表示、晶面及晶面表示（1 1）晶面）晶面 通過點(diǎn)陣中若干結(jié)點(diǎn)而成通過點(diǎn)陣中若干結(jié)點(diǎn)而成的一個(gè)平面稱為點(diǎn)陣平面，在的一個(gè)平面稱為點(diǎn)陣平面，在晶體中稱為晶體中稱為晶面晶面。（2 2）晶面的表示）晶面的表示 一個(gè)晶面通?？梢杂靡环N一個(gè)晶

9、面通?？梢杂靡环N晶面指數(shù)來表示，晶面指數(shù)又晶面指數(shù)來表示，晶面指數(shù)又稱稱密勒（密勒（Miller）指數(shù)。）指數(shù)。 五、晶面與晶向五、晶面與晶向cbayzxABC圖3-3 晶面 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶面指數(shù)的表示方法：晶面指數(shù)的表示方法：（1）在一組相互平行的晶面中任選一個(gè)晶面，取它在三個(gè)坐）在一組相互平行的晶面中任選一個(gè)晶面，取它在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距，假設(shè)截距為標(biāo)軸上的截距，假設(shè)截距為r，s，t，然后取截距的倒數(shù)，然后取截距的倒數(shù) 1/r，1/s，1/t（2）對(duì)其通分，取各個(gè)分?jǐn)?shù)分母的最小公倍數(shù)作分母。）對(duì)其通分，取各個(gè)分?jǐn)?shù)分母的最小公倍數(shù)作分母。（3）取通分后）取通分后3

10、個(gè)分?jǐn)?shù)的分子，作為晶面的指數(shù)。如圖個(gè)分?jǐn)?shù)的分子，作為晶面的指數(shù)。如圖3-3的的指數(shù)為指數(shù)為332。當(dāng)泛指某一晶面的指數(shù)時(shí)一般用。當(dāng)泛指某一晶面的指數(shù)時(shí)一般用hkl表示。表示。 點(diǎn)陣中平行于點(diǎn)陣中平行于h、k、l的一族晶面用的一族晶面用(hkl)表示。表示。注意：注意：當(dāng)晶面和一晶軸平行時(shí)，則認(rèn)為與該軸在無窮遠(yuǎn)處當(dāng)晶面和一晶軸平行時(shí)，則認(rèn)為與該軸在無窮遠(yuǎn)處相交，而無窮遠(yuǎn)的倒數(shù)為相交，而無窮遠(yuǎn)的倒數(shù)為0，所以晶面相應(yīng)于這個(gè)軸的，所以晶面相應(yīng)于這個(gè)軸的指數(shù)指數(shù)為為0。如：某晶面與如：某晶面與y軸平行，與軸平行，與x、z軸交于單位長度，則該晶面軸交于單位長度，則該晶面指數(shù)為指數(shù)為101 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體

11、體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)xzyabc（1）截距）截距r、s、t分別為分別為3，3，5（2）1/r : 1/s : 1/t = 1/3 : 1/3 : 1/5（3）最小公倍數(shù)）最小公倍數(shù)15，（4）于是，）于是，1/r，1/s，1/t分別分別乘乘15得到得到5，5，3，因此，晶面指標(biāo)為（因此，晶面指標(biāo)為（553）。）。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)ZYNXCABEDMLKJFGOHn ABC晶面截距為：晶面截距為： 1/2，1/3，2/3；倒數(shù)為：倒數(shù)為：2，3，3/2；化簡(jiǎn)后（化簡(jiǎn)后（463）。）。n MHND晶面截距：晶面截距： 1， ； 倒數(shù)為：倒數(shù)為：1，0，0； 化簡(jiǎn)后（

12、化簡(jiǎn)后（100）。）。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)1，所有相互平行的晶面，其晶面指數(shù)相同，或者三個(gè)，所有相互平行的晶面，其晶面指數(shù)相同，或者三個(gè)符號(hào)均相反?？梢姡?hào)均相反。可見，晶面指數(shù)晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶所代表的不僅是某一晶面，而且代表著面，而且代表著一組一組相互平行的晶面。相互平行的晶面。2，晶面指數(shù)中，晶面指數(shù)中h、k、l是互質(zhì)的整數(shù)。是互質(zhì)的整數(shù)。3，最靠近原點(diǎn)的晶面與，最靠近原點(diǎn)的晶面與X、Y、Z坐標(biāo)軸的截距為坐標(biāo)軸的截距為 a/h、b/k、c/l。晶面指數(shù)特征：晶面指數(shù)特征： 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)立方晶系幾組晶面及其晶面指標(biāo)。立方晶系幾組

13、晶面及其晶面指標(biāo)。（100100）晶面表示晶面與）晶面表示晶面與a a軸相截與軸相截與b b軸、軸、c c軸平行；軸平行；（110110）晶面表示與）晶面表示與a a和和b b軸相截，與軸相截，與c c軸平行；軸平行；（111111）晶面則與）晶面則與a a、b b、c c軸相截，截距之比為軸相截，截距之比為1:1:11:1:1 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)n晶面族：晶面族： 原子排列和分布規(guī)律完全相同，僅空間位向不同的一組晶面屬原子排列和分布規(guī)律完全相同，僅空間位向不同的一組晶面屬于一個(gè)晶面族。用于一個(gè)晶面族。用hklhkl 表示。常存在對(duì)稱性（立方晶系）高的表示。常存在對(duì)稱性（

14、立方晶系）高的晶體中。晶體中。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶面族晶面族h k l中的晶面數(shù)：中的晶面數(shù)：3424！ 組，如1 2 3a）h k l三個(gè)數(shù)不等，且都三個(gè)數(shù)不等，且都00，則此晶面族中有，則此晶面族中有2424組組。每組有兩個(gè)指數(shù)相反、平行的晶面每組有兩個(gè)指數(shù)相反、平行的晶面 b）h k l有兩個(gè)數(shù)字相等有兩個(gè)數(shù)字相等 且都且都00，則有，則有1212組組c) h k l三個(gè)數(shù)相等，有三個(gè)數(shù)相等，有4 4組晶面兩兩平行，構(gòu)成一個(gè)八面組晶面兩兩平行，構(gòu)成一個(gè)八面體，如晶面族體，如晶面族111d）h k l 有一個(gè)為有一個(gè)為0 0，則有，則有1212組組e) e) h k

15、 l h k l 有一個(gè)為有一個(gè)為0 0，兩個(gè)數(shù)字相等，兩個(gè)數(shù)字相等，有六組晶面有六組晶面 兩兩平行，構(gòu)成一個(gè)十二面體兩兩平行，構(gòu)成一個(gè)十二面體 如晶面族如晶面族110110 又稱為十二面體的面。又稱為十二面體的面。 f) f) 有二個(gè)為有二個(gè)為0 0，則有，則有3 3組，如晶面族組，如晶面族100100， 又稱為六面體的面又稱為六面體的面 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)六、六、 晶向與晶向指標(biāo)晶向與晶向指標(biāo) 任意兩結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)列稱為晶向。與此晶向相對(duì)應(yīng)，一定有一任意兩結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)列稱為晶向。與此晶向相對(duì)應(yīng)，一定有一組相互平行而且具有同一重復(fù)周期的結(jié)點(diǎn)列。組相互平行而且具有同一重復(fù)周期的

16、結(jié)點(diǎn)列。 或者：（或者：（1）在一族相互平行的陣）在一族相互平行的陣點(diǎn)直線中引出過坐標(biāo)原點(diǎn)的陣點(diǎn)直點(diǎn)直線中引出過坐標(biāo)原點(diǎn)的陣點(diǎn)直線。線。（2）在該直線上任取一點(diǎn)，量出）在該直線上任取一點(diǎn)，量出坐標(biāo)，并用點(diǎn)陣周期坐標(biāo)，并用點(diǎn)陣周期a, b, c表示。表示。（3）將三個(gè)坐標(biāo)值用同一個(gè)數(shù)乘）將三個(gè)坐標(biāo)值用同一個(gè)數(shù)乘或除，劃歸互質(zhì)整數(shù)，并加方括號(hào)?；虺?，劃歸互質(zhì)整數(shù)，并加方括號(hào)。晶向的表示方法晶向的表示方法：取其中通過原點(diǎn)的一根結(jié)點(diǎn)列，求該列最近原點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)的指數(shù)，取其中通過原點(diǎn)的一根結(jié)點(diǎn)列，求該列最近原點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)的指數(shù)，u, v, w, 并用方括號(hào)標(biāo)記并用方括號(hào)標(biāo)記uvw。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明

17、 技技 術(shù)術(shù) 晶向指數(shù)的確定晶向指數(shù)的確定1.1. 建立坐標(biāo)系，結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，三建立坐標(biāo)系，結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，三棱為方向，點(diǎn)陣常數(shù)為單位棱為方向，點(diǎn)陣常數(shù)為單位 ；2.2. 在晶向上任兩點(diǎn)的坐標(biāo)在晶向上任兩點(diǎn)的坐標(biāo)(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。( (若若平移晶向或坐標(biāo)，讓在第一點(diǎn)平移晶向或坐標(biāo)，讓在第一點(diǎn)在原點(diǎn)則下一步更簡(jiǎn)單在原點(diǎn)則下一步更簡(jiǎn)單) )； 3.3. 計(jì)算計(jì)算x2-x1 x2-x1 ： y2-y1 y2-y1 ： z2-z2-z1z1 ；4.4. 化成最小、整數(shù)比化成最小、整數(shù)比u u：v v：w w ；5.5. 放在方括號(hào)放在方括號(hào)

18、uvwuvw 中，不加逗中，不加逗號(hào)，負(fù)號(hào)記在上方號(hào)，負(fù)號(hào)記在上方 。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)1、紅線代表的晶向由兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)之差確定、紅線代表的晶向由兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)之差確定2、晶向指數(shù)同乘、除一個(gè)數(shù)，晶向不改變。、晶向指數(shù)同乘、除一個(gè)數(shù)，晶向不改變。如如012-0 1 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)n OA為為X軸，軸，OB為為Y軸，軸，OC為為Z軸；長度單位軸；長度單位a=b=c=1。n 確定確定OD的晶向指數(shù)：的晶向指數(shù)：n將坐標(biāo)原點(diǎn)選在待定晶向上（將坐標(biāo)原點(diǎn)選在待定晶向上（O點(diǎn)），晶向指數(shù)點(diǎn)），晶向指數(shù)為為111。n確定確定CE的晶向指數(shù)的晶向指數(shù)11 1

19、 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 如圖為立方晶系：如圖為立方晶系： X軸、軸、Y軸、軸、Z軸；長度單位軸；長度單位a=b=c=1。例：例： OD為為 101； Om為：坐標(biāo)為：坐標(biāo)1/2、1、1/2；化；化簡(jiǎn)后簡(jiǎn)后121；EF為：為：11 1練習(xí)：練習(xí)： 在立方晶系中，一晶面在在立方晶系中，一晶面在x軸的截距為軸的截距為1，在，在y軸的截距軸的截距1/2，且平行于，且平行于z軸，一晶向上某點(diǎn)坐標(biāo)為軸，一晶向上某點(diǎn)坐標(biāo)為x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指數(shù)和晶向指數(shù)，并繪圖示之？求出其晶面指數(shù)和晶向指數(shù)，并繪圖示之？ 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶向指數(shù)還有如下規(guī)律：

20、晶向指數(shù)還有如下規(guī)律：（1 1）某一晶向指數(shù)代表一組在空間相互平行且方向一致的）某一晶向指數(shù)代表一組在空間相互平行且方向一致的所有晶向。所有晶向。 （2 2）若晶向所指的方向相反，則晶向數(shù)字相同符號(hào)相反。）若晶向所指的方向相反，則晶向數(shù)字相同符號(hào)相反。僅對(duì)立方晶系適用！僅對(duì)立方晶系適用！ 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)n立方系中立方系中OA、OB、OC邊的晶向指數(shù)邊的晶向指數(shù)100、010、001、100、010、001等六個(gè)晶向，由于對(duì)稱關(guān)系，它們的性質(zhì)等六個(gè)晶向，由于對(duì)稱關(guān)系，它們的性質(zhì)完全相同，用完全相同，用表示。表示。n晶向族如右圖。晶向族如右圖。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明

21、明 技技 術(shù)術(shù)七、七、 晶面間距晶面間距(1)晶面間距晶面間距 兩相鄰近平行晶面間的垂直距離兩相鄰近平行晶面間的垂直距離晶面間距晶面間距，用，用d dhklhkl表表示，從原點(diǎn)作（示，從原點(diǎn)作（h k lh k l）晶面的法線，則法線被最近的（）晶面的法線，則法線被最近的（h h k lk l）面所交截的距離即是。）面所交截的距離即是。通常，低指數(shù)的面間距通常，低指數(shù)的面間距較大，而高指數(shù)的晶面較大，而高指數(shù)的晶面間距則較小間距則較小晶面間距愈大，該晶面晶面間距愈大，該晶面上的原子排列愈密集；上的原子排列愈密集；晶面間距愈小，該晶面晶面間距愈小，該晶面上的原子排列愈稀疏。上的原子排列愈稀疏。

22、半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶面間距公式的推導(dǎo)晶面間距公式的推導(dǎo)coscoscoshklabcdhkl2222222coscoscoshklhkldabc 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶面位向晶面位向:cos:cos:cosh k l222coscoscos1晶面指數(shù)確定了晶面的位向和間距。晶面指數(shù)確定了晶面的位向和間距。對(duì)立方晶系對(duì)立方晶系晶面的位向是用晶面法線的位向來表示的；晶面的位向是用晶面法線的位向來表示的；空間任意直線的位向可以用它的方向余弦來表示?？臻g任意直線的位向可以用它的方向余弦來表示。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)hkl2adhkl22立方

23、晶系 hkl21dhklabc22正交晶系（ ） （ ） （ ）hkl21d4 hhkkl3ac222六方晶系 （）（ ）2222222coscoscoshklhkldabc 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)必須注意：必須注意：n按以上這些公式所算出的晶面間距是對(duì)簡(jiǎn)單晶胞而言的，如按以上這些公式所算出的晶面間距是對(duì)簡(jiǎn)單晶胞而言的，如為復(fù)雜晶胞（體心立方、面心立方），在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到晶為復(fù)雜晶胞（體心立方、面心立方），在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到晶面層數(shù)增加的影響。例如在體心立方或面心立方晶胞中，上面層數(shù)增加的影響。例如在體心立方或面心立方晶胞中，上下底面（下底面（001）之間還有一層同類型的晶面（

24、）之間還有一層同類型的晶面（002）故，實(shí)際）故，實(shí)際的晶面間距應(yīng)為的晶面間距應(yīng)為1/2d001。dhkl除以除以2的情況的情況：n對(duì)于體心立方，當(dāng)對(duì)于體心立方，當(dāng)h+k+L=奇數(shù)，間距除以奇數(shù)，間距除以2；n對(duì)于面心立方，當(dāng)對(duì)于面心立方，當(dāng)h、k、L三個(gè)數(shù)不全為奇數(shù)，或不全為偶三個(gè)數(shù)不全為奇數(shù)，或不全為偶數(shù)時(shí)，間距除以數(shù)時(shí)，間距除以2；n對(duì)于底心立方，當(dāng)對(duì)于底心立方，當(dāng)h+k+L=奇數(shù)，間距除以奇數(shù)，間距除以2； 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)例：立方晶胞中（例：立方晶胞中（111）晶面的晶面間距）晶面的晶面間距d111為為2.035，求其（，求其（320）晶面間距）晶面間距d32

25、0。525. 33*035. 2111111 da222lkhadhkl利用：求得: 3202223.5250.977320d于是: 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)礦物名稱：石鹽。礦物名稱：石鹽。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化學(xué)式為：化學(xué)式為：NaCI CINa+ 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) - Na+ 離子位于面心格子的結(jié)點(diǎn)位置上，離子位于面心格子的結(jié)點(diǎn)位置上， CI離子也離子也 位于另一套這樣的格子上，后一個(gè)格子與前一個(gè)格位于另一套這樣的格子上，后一個(gè)格子與前一個(gè)格 子相距子相距1/2晶棱的位移。晶棱的位移。 結(jié)構(gòu)描述：結(jié)構(gòu)描述：（1）立方晶系，立方晶

26、系，a0.563nm，Z4（2）Na+ CI離子鍵，離子鍵，NaCI為離子晶體為離子晶體.（3）CN+ CN- 6（4）- CI離子按立方最緊密堆積方式堆積，離子按立方最緊密堆積方式堆積， Na+離子充離子充 填于全部八面體空隙。填于全部八面體空隙。 - Na+ 離子的配位數(shù)是離子的配位數(shù)是6 ，構(gòu)成，構(gòu)成Na-CI八面體。八面體。NaCI 結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)是由Na-CI八面體以共棱的方式相連而成八面體以共棱的方式相連而成 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)Na+CI 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為：結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為： 4 CI ： 000， 1/2 1/2 0 ， 1/

27、2 0 1/2 ， 0 1/2 1/2 4 Na+ ： 1/2 1/2 1/2 ，00 1/2 ， 0 1/2 0 ， 1/2 0 0（5）立方面心格子立方面心格子CI、 Na+各一套各一套（6）同結(jié)構(gòu)晶體有：同結(jié)構(gòu)晶體有：MgO、CaO、SrO、BaO、FeO、CoO 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化學(xué)式為：化學(xué)式為： C晶體結(jié)構(gòu)為：晶體結(jié)構(gòu)為：立方晶系，立方晶系，a0.356nm空間格子：空間格子： C原子組成立方面心格子原子組成立方面心格子 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)C原子位于立方面心的所原子位于立方面心的所有結(jié)點(diǎn)位置和交替分布在有結(jié)點(diǎn)位置和交替分布在立方體內(nèi)的四

28、個(gè)小立方體立方體內(nèi)的四個(gè)小立方體的中心的中心 鍵型：鍵型： 每個(gè)每個(gè)C原子周圍有四個(gè)原子周圍有四個(gè)C 碳原子之間形成共價(jià)鍵碳原子之間形成共價(jià)鍵形成：形成： 自然界形成實(shí)驗(yàn)室合成自然界形成實(shí)驗(yàn)室合成性質(zhì)：性質(zhì)： 金剛石是金剛石是硬度最大硬度最大的礦物的礦物 具有半導(dǎo)體的性能和極好具有半導(dǎo)體的性能和極好 的導(dǎo)電性的導(dǎo)電性與金剛石結(jié)構(gòu)相同的有：與金剛石結(jié)構(gòu)相同的有： 硅、鍺、灰錫、合成的立硅、鍺、灰錫、合成的立 方氮化硼等方氮化硼等 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)3 化學(xué)式：化學(xué)式： C 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：六方晶系（六方晶系（2H），）， a 0.

29、146nm ， c0.670nm 三方晶系（三方晶系（3R）結(jié)構(gòu)表現(xiàn)：結(jié)構(gòu)表現(xiàn)：C原子組成層狀排原子組成層狀排 列，層內(nèi)列，層內(nèi)C原子成原子成 六方環(huán)狀排列，每六方環(huán)狀排列，每 個(gè)碳原子與三個(gè)相個(gè)碳原子與三個(gè)相 鄰的碳原子之間的鄰的碳原子之間的 距離為距離為0.142nm， 層與層之間的距離層與層之間的距離 為為0.335nm 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)鍵型：鍵型：層內(nèi)層內(nèi)為共價(jià)鍵，為共價(jià)鍵，層間層間為分子鍵為分子鍵性質(zhì)：性質(zhì)：碳原子有一個(gè)電子可以在碳原子有一個(gè)電子可以在層內(nèi)層內(nèi)移動(dòng)，平行于移動(dòng)，平行于層的方向?qū)拥姆较蚓哂辛己玫膶?dǎo)電性。石

30、墨的具有良好的導(dǎo)電性。石墨的硬度低，熔點(diǎn)高，導(dǎo)電性硬度低，熔點(diǎn)高，導(dǎo)電性好。好。 石墨與金剛石屬石墨與金剛石屬同質(zhì)多像變體同質(zhì)多像變體。 晶體化學(xué)：晶體化學(xué)：Cs Cl 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)：立方晶系，：立方晶系，a0.411nm Z1 空間格子：空間格子：Cs Cl是原始格子是原始格子 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)Cl離子離子Cs離子離子配位多面體：配位多面體：在空間以在空間以共面共面形形 式連接。式連接。離子坐標(biāo)：離子坐標(biāo)： Cl 000 Cs1/2 1/2 1/2類似的晶體類似的晶體：CsBr，CsI， NH4Cl等等Cl離子處于立方離子處于立方 原始格子的八個(gè)原始格子的八個(gè) 角

31、頂上，角頂上，Cs離子離子 位于立方體的中位于立方體的中 心（立方體空隙）心（立方體空隙） CNCN8， 單位晶胞中有一個(gè)單位晶胞中有一個(gè) Cl和一個(gè)和一個(gè)Cs 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化化 學(xué)學(xué) 式：式：ZnS 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)：立方晶系，：立方晶系，a0.540nm；Z4空間格子：空間格子：立方面心格子，立方面心格子，S2離子呈立方最緊密堆積，位于離子呈立方最緊密堆積，位于 立方面心的立方面心的 結(jié)點(diǎn)位置，結(jié)點(diǎn)位置，Zn2離子交錯(cuò)地分布于離子交錯(cuò)地分布于1/8 小立方體的中心，即小立方體的中心，即1/2 的四面體空隙中。的四面體空隙中

32、。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)結(jié)構(gòu)投影圖結(jié)構(gòu)投影圖：（俯視圖）用標(biāo)高來表示，：（俯視圖）用標(biāo)高來表示，0底面；底面；25 1/4；501/2；75 3/4。（。（0100；25 125；50150是等效的）是等效的）配位數(shù)配位數(shù)： CNCN4；極性共價(jià)鍵，配位型共價(jià)；極性共價(jià)鍵，配位型共價(jià) 晶體。晶體。配位多面體配位多面體： ZnS4四面體，在空間以共頂方式相連接四面體，在空間以共頂方式相連接屬于閃鋅礦型結(jié)構(gòu)晶體有：屬于閃鋅礦型結(jié)構(gòu)晶體有： SiC；GaAs；AlP；InSb等。等。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化學(xué)式：化學(xué)式： ZnS晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 六方晶系；

33、六方晶系； a0.382nm；c0.625nm；Z2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)：質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)： S2： 000；2/3 1/3 1/2 Zn2：00u ； 2/3 1/3 （u1/2）空間格子：空間格子： S2按六方緊密堆積排按六方緊密堆積排列列 Zn2充填于充填于1/2的四面的四面 體體 空隙，形成六方格子?？障?，形成六方格子。配位數(shù)：配位數(shù)： CNCN4多面體多面體： ZnS4四面體共頂連接四面體共頂連接鍵型：鍵型： Zn、S為極性共價(jià)鍵為極性共價(jià)鍵屬纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有：屬纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有： BeO；ZnO；AlN等。等。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)

34、術(shù)化學(xué)式：化學(xué)式： CaF2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)：立方晶系，：立方晶系，a0.545nm，Z4 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)空間格子：空間格子： Ca2位于立方面心的結(jié)點(diǎn)位置，位于立方面心的結(jié)點(diǎn)位置，F(xiàn)位于立方體位于立方體 內(nèi)八個(gè)小立方體的中心，即內(nèi)八個(gè)小立方體的中心，即Ca2按立方緊密堆積按立方緊密堆積 的方式排列，的方式排列， F充填于全部四面體空隙中。充填于全部四面體空隙中。配位數(shù)：配位數(shù)： CN8；CN4多面體：多面體： 簡(jiǎn)單立方體簡(jiǎn)單立方體連接形式連接形式： CaF8之間以共棱形式連接之間以共棱形式連接晶胞組成：晶胞組成： Ca2 8

35、1/861/24； F 448性質(zhì)：性質(zhì)： 八面體空隙全部空著八面體空隙全部空著空洞空洞負(fù)離子擴(kuò)散負(fù)離子擴(kuò)散屬于螢石結(jié)構(gòu)的晶體有：屬于螢石結(jié)構(gòu)的晶體有：BaF2；PbF2；CeO2；ThO2；UO2；低溫；低溫ZrO2（扭曲、變形）（扭曲、變形） 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：其結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰陽離子的位置完其結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰陽離子的位置完 全互換，全互換， 即陽離子占據(jù)的是即陽離子占據(jù)的是F的位置，陰離子占的位置，陰離子占 據(jù)的是據(jù)的是Ca2 的位置的位置配位數(shù)：配位數(shù)： CN4；CN8晶胞組成晶胞組成：陰離子：陰離子 81/861/24 陽

36、離子陽離子 448屬于反螢石結(jié)構(gòu)的晶體有屬于反螢石結(jié)構(gòu)的晶體有： Li2O；Na2O；K2O等等 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化學(xué)式：化學(xué)式： TiO2晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 四方晶系，四方晶系，a0.459nm；c0.296nm；Z2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)格子類型：格子類型：四方原始格子。四方原始格子。Ti4位于結(jié)點(diǎn)位置，體心的屬另一位于結(jié)點(diǎn)位置，體心的屬另一 套格子。套格子。O2處在一些特殊位置上，處在一些特殊位置上，質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)：質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)：Ti4 ：000；1/2 1/2 1/2； O2 : uu0; (1-u)(1-u)0; (1/2+u)(1/2-u)1/2

37、; (1/2-u)(1/2+u)1/2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：O2可看成是變形可看成是變形 六方密堆積，六方密堆積，Ti4 離子填充離子填充1/2的八面的八面 體空隙體空隙配位數(shù)：配位數(shù)： CN6；CN3多面體：多面體： TiO6八面體八面體連接方式：連接方式：TiO八面體以共八面體以共 棱方式連接成鏈，棱方式連接成鏈， 鏈與鏈之間以共頂鏈與鏈之間以共頂 方式相連。方式相連。與金紅石結(jié)構(gòu)相同的晶體有：與金紅石結(jié)構(gòu)相同的晶體有： SnO2；PbO2； MnO2；MoO2； WO2；MnF2； MgF2；VO2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)10 化

38、學(xué)式：化學(xué)式： CdI2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：三方晶系三方晶系 a0.424nm；c0.684nm； Z1 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)空間格子：空間格子：Cd2離子占有六方原始格子的結(jié)點(diǎn)位置，離子占有六方原始格子的結(jié)點(diǎn)位置，I離子離子 交叉分布于三個(gè)交叉分布于三個(gè)Cd2離子三角形中心的上下方；離子三角形中心的上下方； 相當(dāng)于兩層相當(dāng)于兩層I離子中間夾離子中間夾 一層一層Cd2離子，構(gòu)成離子，構(gòu)成 復(fù)合層。復(fù)合層。配位數(shù)：配位數(shù)： CN6；CN3鍵性：鍵性： 復(fù)合層于復(fù)合層之間為范德華力，呈層狀結(jié)構(gòu)層復(fù)合層于復(fù)合層之間為范德華力，呈層狀結(jié)構(gòu)層

39、 內(nèi)內(nèi)CdI為具有離子鍵的共價(jià)鍵，鍵力較強(qiáng)。為具有離子鍵的共價(jià)鍵，鍵力較強(qiáng)。屬于碘化鎘型結(jié)構(gòu)的晶體：屬于碘化鎘型結(jié)構(gòu)的晶體： Ca（OH）2；Mg（OH）2；CdI2；MgI2 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)化學(xué)式：化學(xué)式： Al2O3晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：三方晶系；三方晶系；a0.514nm，5517；Z6 （菱面體晶胞）（菱面體晶胞） 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)空間格子：空間格子：O2離子按六方密堆積的方式排列，形成離子按六方密堆積的方式排列，形成ABAB重重 復(fù)的規(guī)律，復(fù)的規(guī)律， Al3離子充填于離子充填于2/3的八面體空隙，其分的八面體空隙，其分 布具一定的規(guī)律，

40、即離子之間的距離保持最遠(yuǎn)。布具一定的規(guī)律，即離子之間的距離保持最遠(yuǎn)。 鍵性：鍵性：具有離子鍵性質(zhì)的共價(jià)鍵。具有離子鍵性質(zhì)的共價(jià)鍵。性質(zhì)：性質(zhì)：H=9；熔點(diǎn)為；熔點(diǎn)為2050 。是構(gòu)成高溫耐火材料和高絕緣電。是構(gòu)成高溫耐火材料和高絕緣電陶瓷的主要物相。陶瓷的主要物相。屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的晶體：屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的晶體： Fe2O3；Cr2O3；Ti2O3；V2O3；FeTiO3 ；MgTiO3BBABAABABAAB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 D E F D E F 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的通式為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的通式為ABO3 ,以以CaTiO3為例討論其結(jié)構(gòu)為例討論其結(jié)構(gòu): Ca2+O2-Ti 4+ 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)可以看出可以看出: Ca的的CN=12 Ti的的CN=6 O的的CN=2+4=6 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（1） 鈣鈦礦在高溫時(shí)屬立方晶系，鈣鈦礦在高溫時(shí)屬立方晶系，在降溫時(shí)，通過某個(gè)特定在降溫時(shí)，通過某個(gè)特定溫度后將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的畸變使立方晶格的對(duì)稱性下降溫度后將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的畸變使立方晶格的對(duì)稱性下降.（2 ） CaTiO3為離子晶體為離子晶體（3） Ca的的CN=12 Ti的的