2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)1

半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)2024/5/162半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)（100）面上的投影2024/5/163半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)硅、鍺基本物理參數(shù)晶格常數(shù)硅：0.543089nm鍺：0.565754nm原子密度硅：5.00×1022鍺：4.42×1022共價(jià)半徑硅：0.117nm鍺：0.122nm2024/5/164

半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)閃鋅礦結(jié)構(gòu)和混合鍵與金剛石結(jié)構(gòu)的區(qū)別共價(jià)鍵具有一定的極性（兩類原子的電負(fù)性不同），因此晶體不同晶面的性質(zhì)不同。不同雙原子復(fù)式晶格。常見(jiàn)閃鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料Ⅲ-Ⅴ族化合物部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化汞，碲化汞等半金屬材料。2024/5/165半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)鉛鋅礦結(jié)構(gòu)與閃鋅礦型結(jié)構(gòu)相比以正四面體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成具有六方對(duì)稱性，而非立方對(duì)稱性共價(jià)鍵的離子性更強(qiáng)硫化鋅、硒化鋅、硫化鎘、硒化鎘等材料均可以閃鋅礦型和纖鋅礦型兩種結(jié)構(gòu)結(jié)晶2024/5/166

半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)某些重要的半導(dǎo)體材料以氯化鈉型結(jié)構(gòu)結(jié)晶如Ⅳ-Ⅵ族化合物硫化鉛、硒化鉛、碲化鉛等2024/5/167半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶原子的能級(jí)和晶體的能帶玻耳的氫原子理論氫原子能級(jí)公式氫原子第一玻耳軌道半徑這兩個(gè)公式還可用于類氫原子（今后用到）

意義?!2024/5/168

半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶量子力學(xué)對(duì)玻耳理論的修正

量子力學(xué)認(rèn)為微觀粒子（如電子）的運(yùn)動(dòng)須用波函數(shù)來(lái)描述，經(jīng)典意義上的軌道實(shí)質(zhì)上是電子出現(xiàn)幾率最大的地方。電子的狀態(tài)可用四個(gè)量子數(shù)表示。（主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)、自旋量子數(shù)）能級(jí)存在簡(jiǎn)并2024/5/169半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶電子共有化運(yùn)動(dòng)原子中的電子在原子核的勢(shì)場(chǎng)和其它電子的作用下，分列在不同的能級(jí)上，形成所謂電子殼層

不同支殼層的電子分別用1s;2s,2p;3s,3p,3d;4s…等符號(hào)表示，每一殼層對(duì)應(yīng)于確定的能量。當(dāng)原子相互接近形成晶體時(shí)，不同原子的內(nèi)外各電子殼層之間就有了一定程度的交疊，相鄰原子最外殼層交疊最多，內(nèi)殼層交疊較少。2024/5/1610

半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個(gè)原子上，可以由一個(gè)原于轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，因而，電子將可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)注意：各原子中相似殼層上的電子才有相同的能量，電子只能在相似殼層間轉(zhuǎn)移。共有化運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生是由于不同原子的相似殼層的交疊，如圖1-5所示2024/5/1611半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶電子共有化運(yùn)動(dòng)使能級(jí)分裂為能帶互相靠近時(shí)，原子中的電子除受本身原子的勢(shì)場(chǎng)作用，還受到另一個(gè)原子勢(shì)場(chǎng)的作用結(jié)果每個(gè)二度簡(jiǎn)并的能級(jí)都分裂為二個(gè)彼此相距很近的能級(jí)；兩個(gè)原子靠得越近，分裂得越厲害。2024/5/1612

半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶內(nèi)殼層的電子，軌道交疊少，共有化運(yùn)動(dòng)弱，可忽略外層的價(jià)電子，軌道交疊多，共有化運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，能級(jí)分裂大，被視為“準(zhǔn)自由電子”。原來(lái)簡(jiǎn)并的N個(gè)原子的s能級(jí)，結(jié)合成晶體后分裂為N個(gè)十分靠近的能級(jí)，形成能帶(允帶)，因N值極大，能帶被視為“準(zhǔn)連續(xù)的”。晶體的能帶存在允帶和禁帶而原子只存在分立的能級(jí)2024/5/1613

半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶硅、鍺晶體的能帶硅、鍺單個(gè)原子的價(jià)電子為2個(gè)s電子和2個(gè)p電子；形成晶體后，