2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：晶體結(jié)構(gòu)

晶體結(jié)構(gòu)《半導(dǎo)體物理學(xué)》是面向電子科學(xué)與技術(shù)方向微電子技術(shù)、集成電路與集成系統(tǒng)、微電子學(xué)、光電子學(xué)、材料學(xué)以及相關(guān)專業(yè)本科生所開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是專業(yè)核心課程之一。開設(shè)目的：揭示半導(dǎo)體主要性質(zhì)，探討半導(dǎo)體材料在熱平衡態(tài)和非平衡態(tài)下所發(fā)生的物理過程、規(guī)律以及相關(guān)應(yīng)用，并通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)半導(dǎo)體物理理論的理解，掌握半導(dǎo)體的測(cè)量技術(shù)和基本原理，以適應(yīng)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和將來工作的需要。晶體結(jié)構(gòu)固體分為晶體和非晶體。非晶體也稱為玻璃態(tài)物質(zhì)或無定型固體，非晶體中原子的排列是短程有序的。

(參看第十三章非晶態(tài)半導(dǎo)體)晶體中的原子排列是長(zhǎng)程有序的。第一章的學(xué)習(xí)內(nèi)容§1.1晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性§1.3

倒格子§1.1晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性

晶體中的原子是按照一定規(guī)則排列的，形成一個(gè)有序結(jié)構(gòu)。圖1.1(a)表示ABCD的基本單位。如果它的基矢為ab時(shí)，則可用平移矢量R表示所有點(diǎn)的位置，即：在三維情況下，平移矢量為

R又稱為格矢晶格：由平移矢量R形成的有規(guī)則排列的空間點(diǎn)陣;格點(diǎn)：以R指定的點(diǎn)，稱為格點(diǎn)；即空間（一維或多維）點(diǎn)陣中的點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）。晶胞：圖1.1(a)中，以a，b定義的ABCD區(qū)域稱為晶胞；原胞：只含有一個(gè)格點(diǎn)的晶胞稱為原胞；基矢：確定原胞（晶胞）大小的矢量。原胞（晶胞）以基矢為周期排列，因此，基矢的大小為晶格常數(shù)。格矢：平移矢量R。

晶胞的選擇方法，在某種程度上是任意的。根據(jù)晶胞的平移操作，就可以填滿整個(gè)晶格空間，即，在晶格中的格點(diǎn)是周期性排列的，所以說晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有周期性。反映晶體周期性的重復(fù)單元，有兩種選取方法：在固體物理學(xué)中，選取周期最小的重復(fù)單元，即原胞在晶體學(xué)中，由對(duì)稱性選取最小的重復(fù)單元，即晶胞（單胞）。原胞和晶胞都是用來描述晶體中晶格周期性的最小重復(fù)單元，但二者有所不同。在固體物理學(xué)中，原胞只強(qiáng)調(diào)晶格的周期性；而在結(jié)晶學(xué)中，晶胞還要強(qiáng)調(diào)晶格中原子分布的對(duì)稱性。§1.3倒格子

正格子：實(shí)空間中，晶體中的原子排列成的晶格點(diǎn)陣，稱為正格子。倒格子：為了方便描述、討論晶體中傳播的晶格振動(dòng)或電子的運(yùn)動(dòng)及其狀態(tài)等，引入的一個(gè)與正格子相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系。描述倒格子所存在的空間也稱為倒空間或k空間。(為后面討論波矢量k做準(zhǔn)備)。假設(shè)倒格子的基矢為,它們與正格子基矢的關(guān)系為：

(1.3)或?qū)憺椋浩渲校?/p>

(1.4)由上述的三個(gè)基矢b1,b2,b3平移而形成的晶格稱為倒格子。當(dāng)?shù)垢褡又械娜我飧顸c(diǎn)作為原點(diǎn)時(shí)，從原點(diǎn)到其他倒格子點(diǎn)之間的矢量稱為倒格矢。用Kn表示，則相應(yīng)的晶格矢Rm可表示為：通常用a1,a2,a3表示正格子原胞