第一章 晶體結(jié)構(gòu)

1、固體物理,SolidStatePhysics,SolidStatePhysics,聯(lián)系方式,西安郵電大學(xué)微電子學(xué)系商世廣TELmail：,教材：固體物理，曹全喜、雷天民等編，電子科技大學(xué)出版社，2008；參考書：固體物理學(xué)，方俊鑫、陸棟編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社；固體物理學(xué)，黃昆，韓汝崎編，高等教育出版社。,晶體的結(jié)合,晶格振動,固體能帶論,固態(tài)電子論基礎(chǔ),晶體中的缺陷,晶體的導(dǎo)電性,本課程主要內(nèi)容,晶體結(jié)構(gòu),前言,固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、分子、電子等）之間相互作用與運動規(guī)律，以闡明其性能和用途。固體物理是固體材料和器件的基礎(chǔ)學(xué)科，是新材料、新器件的生長點。,

2、研究對象：,注意事項,記好筆記；掌握固體物理的基本概念、思維方法和學(xué)習(xí)方法；針對某一特殊過程，抓住主要矛盾，突出主要因素，建立模型。例如：晶體周期性；金屬電子公有化單電子近似能帶論。3.作好作業(yè)。,第一章晶體結(jié)構(gòu),1.均一性從宏觀理化性質(zhì)的角度來講(周期性從原子排列的角度來講）；2.對稱性；3.各向異性和解理性。例如，云母的解理性；,1-1晶體的宏觀特性,圖1-1晶體生長過程中的理想化模型,4.自范性和晶面角守恒自范性自范性：晶體能自發(fā)地形成封閉的幾何多面形。晶面角守恒定律：同一品種的晶體，任兩個對應(yīng)晶面的夾角不變。5.最小自由能和穩(wěn)定性。6.有固定的熔點。,由于生長條件的不同，同一種晶體，其

3、外型可以是不一樣的；外界的條件能使某一組晶面相對地變小或完全隱沒。,圖1-氯化納晶體的若干外形,在晶體外形中，不受外界條件影響的特征因素是其晶面角守衡，因此測定晶面夾角的大小是判定晶體種類別的依據(jù)。,圖1-石英晶體的若干外形,1-2晶體的微觀結(jié)構(gòu),基元：組成晶體的最小結(jié)構(gòu)單元。把基元抽象成為一點，則晶體抽象成為空間點陣。晶體結(jié)構(gòu)基元空間點陣,一、空間點陣（布拉菲格子）,圖1-4晶體、基元和空間點陣示意圖,把基元抽象成幾何點，這種點稱為陣點,圖1-二維六角蜂房形點陣,基元中的原子數(shù)：等于晶體中原子的種類數(shù)。化學(xué)成分不同的原子或化學(xué)成分相同但周圍環(huán)境不同的原子，都看著不同種類的原子。,布拉菲格子：

4、把空間點陣用三組不共面的平行線連起來，形成的空間網(wǎng)格。此時，又把陣點稱為格點。布拉菲格子（B格子）空間點陣說明基元中A、B可以是不同的原子，或相同的原子，但周圍“環(huán)境”不同。每個基元用一個格點來表示。此格點選在基元的什么地方、代表幾個原子并未限制。,3.每個基元內(nèi)所含的原子數(shù)晶體中原子的種類數(shù)。4.布拉菲格子（B格子）的基本特征：各格點的情況（基元內(nèi)涵和周圍“環(huán)境”）完全相同。5.晶體結(jié)構(gòu)的一種描述：帶基元的B格子。另一種描述：單式格子：晶體由一種原子組成。一個基元僅有一個原子，即一個原子由一個格點表示。,晶體由幾種原子組成，但各種原子在晶體中的排列方式都是相同（均為B格子的排列）的，可以說每

5、一種原子都形成一套布拉菲子格子，整個晶體可以看成是若干排列完全相同的子格子套構(gòu)而成。復(fù)式格子晶體結(jié)構(gòu)復(fù)式格子B格子,復(fù)式格子：,二、初基元胞,初基元胞：B格子中的最小重復(fù)區(qū)域。每個初級元胞只包含一個格點。,1.初基元胞和基矢,基矢：在B格子中任取一個格點為原點，初級元胞的三個棱邊為三個矢量a1、a2、a3,其模分別為該方向的最小周期長度，這三個矢量a1、a2、a3稱為基矢。,基矢選定之后，B格子中的任一格點的位矢Rn=n1a1+n2a2+n3a3Rn稱為格矢，是B格子的數(shù)學(xué)表示。,圖-6初基原胞與基矢,說明：,1、基矢的選法并不唯一確定，（初基元胞內(nèi)僅含一個格點）。,圖-7初基原胞示意圖,2、

6、威格納賽茲原胞（W-S原胞）,作法：（1）任選一格點為原點；（2）將原點與各級近鄰的格點連線，得到幾組格矢；（3）作這幾組格矢的中垂面，這些中垂面繞原點圍成的最小區(qū)域稱W-S原胞,引入W-S元胞的原因,優(yōu)點：（1）W-S元胞本身保持了B格子的對稱性；（2）該取法今后要用到。缺點：（1）W-S元胞的體積等計算不方便；（2）平移對稱性反而不直觀。,圖-二維陣點的威格納賽茲原胞選取示意圖,3、慣用元胞和軸矢,慣用元胞：體積是初基元胞的幾倍，能明顯地反映晶格的周期性，又能明顯地反映晶格的對稱性。,軸矢：慣用元胞的三個不共面的棱邊，分別用a、b、c表示。,1-3晶格的基本類型,二維晶格,圖-二維情況下的四種特殊晶格示意圖,五種不同的二維布拉菲晶格類型,四種特殊晶格,三維晶格,表-1大晶系種點陣,其中，立方晶