半導(dǎo)體物理學(xué)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal上海交通大學(xué)夜大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)半導(dǎo)體物理學(xué)

SemiconductorPhysics第1頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal

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Ihopewewillbehappytoco-operateonournewsubjectofSemiconductorPhysicsinthissemester.第2頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal電話：36033332（HM）上海交通大學(xué)微納科學(xué)技術(shù)研究院陸鳴E-mail：luminghg@luming42@luminhsjtu@第3頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal教學(xué)目標(biāo)經(jīng)過半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其性質(zhì)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生了解半導(dǎo)體物理基本分析方法；從半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，掌握半導(dǎo)體基本導(dǎo)電理論，為學(xué)習(xí)《半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)》和從事電子科學(xué)技術(shù)相關(guān)專業(yè)工作打好基礎(chǔ)。第4頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal教學(xué)內(nèi)容及基本要求課程包含半導(dǎo)體晶體，平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體體材特征，非平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體體材特征，平衡和偏置狀態(tài)下PN結(jié)特征，PN結(jié)伏–安特征，半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)及金屬-半導(dǎo)體接觸和異質(zhì)結(jié)七章第5頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal經(jīng)過學(xué)習(xí)要求學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體物理基本分析方法有較深刻了解，能從半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，分析處理半導(dǎo)體基本導(dǎo)電理論，尤其是PN

結(jié)理論，同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體表面，金屬-半導(dǎo)體接觸等相關(guān)問題有很好了解。第6頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal陸鳴《半導(dǎo)體物理學(xué)

》教材與參考書劉恩科等《半導(dǎo)體物理學(xué)》（第6版）國防工業(yè)出版社第7頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第一章

半導(dǎo)體晶體

Chapter1SemiconductorCrystal第8頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal半導(dǎo)體器件，或微電子器件，本質(zhì)上是材料取向（Materials–oriented），即器件特征基本上由半導(dǎo)體材料性質(zhì)決定。第9頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal半導(dǎo)體材料，正如半導(dǎo)體詞義所表示，是一個(gè)電導(dǎo)率（electricalconductivity）介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulator）之間材料第10頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體基本概念處于凝固狀態(tài)下物體，我們稱之為固體。固體按結(jié)構(gòu)可分為兩類：一類是晶體（crystal）

，另一類是非晶體（non-crystal）

。第11頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體又分單晶體（monocrystal）

和多晶體（polycrystal）。普通所說晶體，主要是指單晶體。半導(dǎo)體器件和集成電路采取半導(dǎo)體材料都是靠近完美單晶材料。第12頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal完美單晶半導(dǎo)體研究，當(dāng)然是材料學(xué)家或者結(jié)晶學(xué)家職責(zé)，不過一些基本概念我們也應(yīng)該知道。第13頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal人們?cè)谏a(chǎn)和生活實(shí)踐中早就發(fā)覺自然界中有許多晶瑩透明．表面光潔、線條筆直、對(duì)稱排布、漂亮完整、含有多面體外形固體，并把這類外形規(guī)則固體稱為晶體。第14頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal經(jīng)對(duì)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究發(fā)覺與其它物質(zhì)不一樣，其內(nèi)部原子非常有規(guī)則地按一定周期方式排列，周而復(fù)始，落實(shí)一直，形成整齊而固定陣列。第15頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體是由原子或分子按照一定周期性規(guī)律，在空間重復(fù)排列而成固體物質(zhì)。第16頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體分布非常廣，自然界中固體物質(zhì)絕大多致是晶體。氣體、液體和非晶物質(zhì)在一定條件下，也可轉(zhuǎn)變成晶體。第17頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體和人類關(guān)系十分親密。地球表面巖石和泥砂全由各種各樣晶體堆積形成。這些物質(zhì)中，晶體顆粒大小十分懸殊，有些只有幾毫克，有些可達(dá)幾十噸。第18頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal日常生活中接觸和使用金屬器材都由金屬晶體聚集而成。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)提供許多家用電器，關(guān)鍵部件均由晶體加工生產(chǎn)而成，如石英鐘、熒光粉、晶體管、磁芯等。第19頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體所以含有這么廣泛功效，在于它內(nèi)部原子排列周期性，以及在該基礎(chǔ)上進(jìn)行改造可能性。晶體周期性結(jié)構(gòu)，使晶體含有以下共同性質(zhì)：第20頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal

(1)

均勻性(uniformity)晶體宏觀性質(zhì)相同，即有相同化學(xué)組成、密度等(2)對(duì)稱性

(symmetry

)外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)具備特有對(duì)稱性，晶體對(duì)稱性和晶體性質(zhì)關(guān)系非常親密。第21頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal(3)各向異性(anisotropy)晶體中，不一樣方向上物理性質(zhì)，如電導(dǎo)率．熱脹系數(shù)、折光率和機(jī)械強(qiáng)度等有顯著差異，此乃晶體內(nèi)部不一樣方向上原子或分子周期性排列不一樣所決定。第22頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal(4)多面體晶體

(polygonalcrystal)

晶體在生長過程中，相交晶面自發(fā)地形成晶棱。晶棱會(huì)聚成為頂點(diǎn)，從而展現(xiàn)多面體外形。晶體這種性質(zhì)也決定于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性。第23頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal理想環(huán)境中生長晶體可長成凸多面體。凸多面體晶面數(shù)(F)，晶棱數(shù)(E)，和頂點(diǎn)數(shù)(V)符合以下公式：第24頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal四面體有4個(gè)面、6條棱、

4個(gè)頂點(diǎn)；立方體有6個(gè)面、12條棱、

8個(gè)頂點(diǎn)；八面體有8個(gè)面、12條棱、

6個(gè)頂點(diǎn)等。第25頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal(5)存在熔點(diǎn)

(meltingpoin)晶體內(nèi)部原子周期性結(jié)構(gòu)與周期性結(jié)合能相同。當(dāng)溫度升高，熱振動(dòng)加劇各個(gè)周期都處于吸熱熔化過程中，抵達(dá)恒定不變溫度時(shí)才熔解，稱為熔點(diǎn)。第26頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal(6)

x射線衍射

(xdiffraction)

晶體結(jié)構(gòu)周期大小和x射線波長相當(dāng)，能使x射線產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。晶體x射線衍射數(shù)據(jù)，成為了解晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要依據(jù)。第27頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal歸納起來，晶體主耍特征是內(nèi)部原子(離子或分子)排列含有規(guī)則性（regularity）和周期性（periodicity）。第28頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體又分單晶體（monocrystal）

和多晶體（polycrystal）。普通所說晶體，主要是指單晶體。半導(dǎo)體器件和集成電路采取半導(dǎo)體材料都是靠近完美單晶材料。第29頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal整塊材料中內(nèi)部原子都是有規(guī)則、周期地重復(fù)排列起來晶體稱為單晶體。多晶體則由大量微小晶粒(線度在0.01毫米以下)組成。第30頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal多晶體內(nèi)，每個(gè)小晶粒中原子排列是規(guī)則和周期，但各晶粒之間，原子排列取向并不相同。金屬大都屬于多晶體。第31頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal固體除晶體外，還有非晶體。非晶體中原子排列都是無規(guī)則，非晶體有時(shí)也稱過冷液體(subcooledliquids)。玻璃、塑料等都是非晶體。第32頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第33頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal固體物理學(xué)是研究晶體中原子和電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其性質(zhì)學(xué)科。半導(dǎo)體物理學(xué)是固體物理學(xué)分支，研究半導(dǎo)體晶體中原子和電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其性質(zhì)。第34頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體性質(zhì)主要決定于它們化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。晶體組成化學(xué)成份不一樣其性質(zhì)當(dāng)然不一樣；晶體化學(xué)成份相同，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，性質(zhì)也不相同。第35頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal晶體內(nèi)部，原子在三維空間按照周期性規(guī)律重復(fù)排列。每個(gè)重復(fù)單元滿足：化學(xué)組成相同、空間結(jié)構(gòu)相同、排列取向相同、周圍環(huán)境相同。第36頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal這種組成晶體重復(fù)排列基本單位稱為結(jié)構(gòu)基元

(Strucuralmotif

)。圖示分別給出按一維、二維和三維周期排列結(jié)構(gòu)基元實(shí)例。第37頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal許多單質(zhì)晶體在某一方向上原子常按這種方式排列。這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)原于組成一個(gè)結(jié)構(gòu)基元。第38頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為層型石墨分子中一些方向上碳原子排列情況。結(jié)構(gòu)基元由兩個(gè)原子組成。第39頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為硒晶體中鏈型硒分子按螺旋型周期排列情況，三個(gè)原子組成一個(gè)結(jié)構(gòu)基元。第40頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為仲展聚乙烯鏈結(jié)構(gòu)恃況，結(jié)構(gòu)基元為—CH2—CH2—第41頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第42頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為等徑原子最密堆積層二維圖像。虛線所表示平行四邊形為結(jié)構(gòu)基元，它包含一個(gè)原子。第43頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal

O

H

B結(jié)構(gòu)基元第44頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為硼酸晶體內(nèi)二維層型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)硼酸分子組成一個(gè)結(jié)構(gòu)基元。第45頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第46頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal此為金剛石結(jié)構(gòu)三維圖像，相鄰兩個(gè)碳原子組成一個(gè)結(jié)構(gòu)基元。取頂角上和面心上原子作點(diǎn)陣點(diǎn)，內(nèi)部4個(gè)原子不是點(diǎn)陣點(diǎn)。第47頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal金剛石結(jié)構(gòu)中，每個(gè)碳原子都按正四面體型式和周圍原子組成共價(jià)鍵，但仔細(xì)觀察能夠發(fā)覺相鄰碳原子周圍4個(gè)鍵空間取向不一樣、周圍環(huán)境不一樣，故不能以每個(gè)碳原子作為一個(gè)結(jié)構(gòu)基元。第48頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalNaCl

晶體由氯和鈉兩種元素原子組成。形成

NaCl晶體時(shí)，每個(gè)

Na+

離子近鄰是

C1-

離子，

C1-

離子近鄰是

Na+

離子。第49頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalNa+Cl-0abcNaCl晶體空間晶格第50頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal依靠帶正電離子和帶負(fù)電離子間靜電吸引形成結(jié)構(gòu)稱為離子鍵(ionicbond)。由離子鍵組成晶體稱為離子晶體(ioncrystal)

。NaCl是經(jīng)典離子晶體。第51頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal整個(gè)NaCl晶體能夠看成是由一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元沿三個(gè)不一樣方向，各自按一定間距，周期地重復(fù)堆積結(jié)果。第52頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalxyz第53頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第54頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal顯然，不一樣晶體基本結(jié)構(gòu)單元是不一樣。上述四個(gè)相同條件則是判斷結(jié)構(gòu)基元由哪些原子組成標(biāo)準(zhǔn)，而且必須四個(gè)條件同時(shí)都能滿足。第55頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal基本結(jié)構(gòu)單元能夠是一個(gè)原子，也可是若干個(gè)原子組成集團(tuán)。NaCl晶體基本結(jié)構(gòu)單元，由一個(gè)

Na+

離子和一個(gè)C1-離子組成。第56頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal為簡(jiǎn)單描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性，可用一個(gè)點(diǎn)來表示每個(gè)最小重復(fù)單元。每個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元代表點(diǎn)，必須選在各單元中同類原子上，如

NaCI中Na或Cl）。第57頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal也能夠選在在基本結(jié)構(gòu)單元“重心”（centreofgravity

）上。這些代表點(diǎn)空間分布周期性與晶體中原子排列周期性完全一致。第58頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal注意到代表點(diǎn)不考慮結(jié)構(gòu)基元包含詳細(xì)內(nèi)容和詳細(xì)結(jié)構(gòu)，集中反應(yīng)僅僅是晶體周期重復(fù)方式，故是晶體中結(jié)構(gòu)基元一個(gè)幾何抽象。第59頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal這些從晶體中無數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基元抽象出來代表點(diǎn)在三維空間按一定周期重復(fù)形成一個(gè)點(diǎn)陣，稱為空間格點(diǎn)

(SpaceLattice

)或布拉伐格子（BraviasLattice

）。第60頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal布拉伐格點(diǎn)是晶體基本結(jié)構(gòu)單元代表點(diǎn)，格點(diǎn)是原子集團(tuán)代表。格點(diǎn)代表原子集團(tuán)，彼此之間有相同結(jié)構(gòu)，即同時(shí)滿足四個(gè)相同條件。第61頁SemiconductorPhysicsChapter1需要尤其注意是，應(yīng)把布拉伐格子同晶體結(jié)構(gòu)區(qū)分開來。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中原子排列，而布拉伐格子則是指晶體基本結(jié)構(gòu)單元代表點(diǎn)在空間分布。第62頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal依據(jù)晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)基元和格點(diǎn)點(diǎn)陣間關(guān)系，能夠簡(jiǎn)單地將晶體結(jié)構(gòu)用下式表示：晶體結(jié)構(gòu)＝點(diǎn)陣+結(jié)構(gòu)基元第63頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal＋＝第64頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal任何晶體，只要知道它布拉伐格子，那么，該晶體原子排列周期性也就充分地反應(yīng)出來了。因布拉伐格點(diǎn)排列情況與實(shí)際原子排列相同，二者周期性完全一致。第65頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal那么一定晶體基本結(jié)構(gòu)單元包含多少個(gè)原子呢？假如把化學(xué)成份不一樣或者所處環(huán)境不一樣原子看成類型不一樣原子，顯然存在下面關(guān)系：第66頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalNaCl

晶體是由兩種化學(xué)成份不一樣原子組成，每個(gè)基元應(yīng)包含一個(gè)

Na+

離子和一個(gè)

C1-

離子。表明上面等式是成立。基本結(jié)構(gòu)單元中原子數(shù)晶體中原子類型數(shù)第67頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal普通由一或數(shù)個(gè)分子組成分子晶體，其結(jié)構(gòu)基元分子中原子種類越多，結(jié)構(gòu)基元包含原子數(shù)目也多。蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)基元常由上千個(gè)原子組成。第68頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性另一個(gè)方法是把晶體劃分成一些周期性重復(fù)區(qū)域

單胞(UnitCell)

或原胞(PrimitiveCell)。單胞與原胞第69頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal單胞是以格點(diǎn)為頂點(diǎn)，以三個(gè)獨(dú)立方向上周期為邊長組成平行六面體，它是晶體中一個(gè)小體積，一個(gè)周期性重復(fù)區(qū)域。第70頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal單胞是晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)縮影。單胞重復(fù)堆積，能夠得到整個(gè)晶體。原胞也是單胞，只不過是體積最小單胞。第71頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal每個(gè)原胞只能包含一個(gè)基元，即一個(gè)布拉伐格點(diǎn)，且該布拉伐格點(diǎn)只能在原胞頂角上，體心(bodycenter)和面心(facecenter)不能有布拉伐格點(diǎn)。第72頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal因?yàn)樵求w積最小周期性重復(fù)區(qū)域，所以用它們來描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性，一定最充分、最細(xì)致。第73頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal但很多情況下，原胞形狀不便反應(yīng)晶體中原子排列對(duì)稱性。為既能描述原子排列周期性，又可反應(yīng)它們對(duì)稱性，習(xí)慣上都采取體積較大單胞。第74頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalNaCl晶體單胞通常選擇圖示立方體Na+Cl-abc第75頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal現(xiàn)在計(jì)算單胞中含多少個(gè)布拉伐格點(diǎn)。立方體共有六個(gè)面。每個(gè)面心格點(diǎn)被兩個(gè)立方體平分，因而平均來說，它面心格點(diǎn)對(duì)一個(gè)立方體貢獻(xiàn)是1／2。第76頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal立方體八個(gè)頂角上有八個(gè)格點(diǎn)，每個(gè)頂角格點(diǎn)被八個(gè)立方體平分，所以頂角格點(diǎn)對(duì)每個(gè)立方體貢獻(xiàn)是1／8。第77頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal由此可知，一個(gè)單胞中布拉伐格點(diǎn)平均數(shù)為：第78頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal就是說，面心立方體單胞，包含四個(gè)布拉伐格點(diǎn)。對(duì)應(yīng)地，該單胞中包含有四個(gè)基元，即四個(gè)Na+離子，四個(gè)C1-

離子。這么單胞顯然不是體積最小單胞。第79頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal體積最小單胞，即原胞，應(yīng)該只包含一個(gè)布拉伐格點(diǎn)，即只有一個(gè)Na+離子和一個(gè)C1-

離子。abca1a2a3第80頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第81頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal原胞中，因?yàn)楦顸c(diǎn)都在頂角上，所以每個(gè)原胞中平均只包含—個(gè)格點(diǎn)。輕易計(jì)算，面心立方格子原胞體積為立方單胞體積1／4，第82頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal

基矢（BasicSector

）為便于數(shù)學(xué)上進(jìn)行分析，晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性也可用一組基本平移矢量(簡(jiǎn)稱基矢量或基矢)來描述。第83頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal基矢量是沿單胞三個(gè)邊長方向，長度等于單胞邊長獨(dú)立矢量?；蛘哒f是支撐起單胞三個(gè)獨(dú)立矢量慣用a，b，c表示。第84頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalabc第85頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal原基矢量是支揮起原胞三個(gè)獨(dú)立矢量，通常表為a1，a2，a3

。a1a2a3第86頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystala1a2a3abcabca1a2a3a1a2a3第87頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal選沿立方體三條邊方向上單位矢量i、j、k

，以晶格常數(shù)a表示邊長，則面心立方晶格基矢量a、b、c可表示為第88頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystalaaaacbijk第89頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal面心立方格子原基矢量a1、a2、a3,則為a=aib=ajc=aka3

a1

a2

aaa第90頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal利用原基矢量表示布拉伐格點(diǎn)位置非常簡(jiǎn)便：任選一格點(diǎn)作坐標(biāo)原點(diǎn)，以一組原基矢量為坐標(biāo)軸組成參考坐標(biāo)系。第91頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal因?yàn)槊總€(gè)布拉伐格點(diǎn)都處于原胞頂角上，所以，全部布拉伐格點(diǎn)徑向矢量，即晶格矢量R都可表為第92頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystala1a2RR=3a1+2a2+0a3第93頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性上述方法，彼此是相關(guān)，知道一個(gè)方法，便能夠?qū)С銎渌椒ā５?4頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal應(yīng)指出是，一定晶體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性是一定，即布拉伐格子是一定，不過單胞、原胞、基矢量和原基矢量選擇卻不是唯一。第95頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal引入上述這些概念后，晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性，能夠這么來描述：各個(gè)原胞中點(diǎn)，原子排列情況是相同。第96頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal任意兩個(gè)原胞中對(duì)應(yīng)點(diǎn)徑向矢量，僅差一個(gè)晶格矢量R

。所以，晶體中任意一點(diǎn)r

和另一點(diǎn)r1

若式中m1、m2、m3

為任意整數(shù)。第97頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal則這兩點(diǎn)上晶體原子分布情況完全相同，晶體微觀物理性質(zhì)也完全一樣。第98頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal再強(qiáng)調(diào)一次，布拉伐格子不是晶體。布拉伐格子只是用一個(gè)點(diǎn)表示晶體中周期性重復(fù)單元。第99頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal三維空間中布拉伐格子分布方式只有14

種類型。也就是說，三維晶體布拉伐格子類型只有14種。第100頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal14種不一樣類型布拉伐格子(1)簡(jiǎn)單三斜(2)簡(jiǎn)單單斜(3)底心單斜(4)

簡(jiǎn)單正交(5)

底心正交(6)

體心正交(7)面心正交(8)簡(jiǎn)單正方(9)體心正方（10）簡(jiǎn)單立方(11)體心立方(12)面心立方（13）三角（14）六角第101頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第102頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal表中，按單胞形式將14種布拉伐格子分成七大晶系所謂單胞形式指是晶系劃分均以支撐起單胞三個(gè)基矢量a，b，c相對(duì)長度和它們夾角作標(biāo)志。第103頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal因習(xí)慣選取單胞形式直接反應(yīng)了布拉伐格子點(diǎn)群對(duì)稱性，故晶系劃分依據(jù)，實(shí)際上是布拉伐格子點(diǎn)群對(duì)稱性。對(duì)稱性相同，屬于同一晶系；不相同則屬于不一樣晶系。第104頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal三斜晶系布拉伐格子：簡(jiǎn)單三斜單胞基矢量特征a≠b≠c；α≠β≠γ第105頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal單斜晶系單胞基矢量特征a≠b≠c；α=γ=90o≠β簡(jiǎn)單單斜底心單斜第106頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal正交晶系單胞基矢量特征a≠b≠c；α=β=γ=90o第107頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal正方晶系四角單胞基矢量特征a=b≠c；α=β=γ=90o第108頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal立方晶系單胞基矢量特征a=b=c；α=β=γ=90o第109頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal三角晶系單胞基矢量特征a=b=c；α=β=γ<120o≠90o第110頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal六角晶系單胞基矢量特征a=b≠c；α=β=90oγ=120o第111頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)是碳原子組成一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)第112頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal把金剛石晶體劃分成正立方體形式單胞，則除了在立方體頂角和面心上有碳原子外，在4個(gè)體對(duì)角線約1/4處也有碳原子存在。第113頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第114頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal第115頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal立方體底面上原子排列投影圖第116頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal凡原子排列情況和金剛石相同晶體均屬于金剛石結(jié)構(gòu)。元素半導(dǎo)體硅和鍺都是金剛石結(jié)構(gòu)。第117頁SemiconductorPhysicsChapter1SemiconductorCrystal結(jié)構(gòu)上，金剛石結(jié)構(gòu)由兩套面心立方格子組成，一套格子原子是另一套格子上原子近鄰，兩套格子上原子與近鄰原子形成共價(jià)鍵，只是方位不相同。第118頁SemiconductorPhysicsChapter1Semic