§2.1半导体材料特征 21 5Si晶体的金刚石结构 核心:四面体结构 Si、Ge等元素半导体结合形成晶体时,具有金刚石结构形式,以四面体结构 为基础构成。金刚石的晶格可看成由两个面心立方套构而成,位于不同面心 立方中的S原子的性质并不等价,因此,金刚石结构属复式格子。Si、Ge等 半导体晶体的这种结构与其原子结合的方式(化学键)有关。 Il. Si Crystal Si has a diamond structure, which is two face centered cubic(FCC) unit cells offset by 1/4 diagonal. Each Si atom has 4 nearest neighboring atoms Si Crystal-Diamond lattice unit cell
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.5 Si 2.1.5 Si晶体的金刚石结构 Si、Ge等元素半导体结合形成晶体时，具有金刚石结构形式，以四面体结构 为基础构成。金刚石的晶格可看成由两个面心立方套构而成，位于不同面心 立方中的Si原子的性质并不等价，因此，金刚石结构属复式格子。 Si、Ge等 半导体晶体的这种结构与其原子结合的方式（化学键）有关。 § 2.1 半导体材料特征 半导体材料特征 核心：四面体结构
§2.1半导体材料特征 2.15S晶体的金刚石结构( Diamond structure) 0 a/2 0.a 3a/4 a/4 a a/2 0.a a/2 y/4 3a/4 0 2 0.a (hTtp: //230nsc1. phy-astr.-gsu. edu/hbase/solide/sili2. html Unit cell Heights from bottom plane 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.5 Si 2.1.5 Si晶体的金刚石结构（Diamond Diamond Structure Structure） § 2.1 半导体材料特征 半导体材料特征
§2.1半导体材料特征 核心:四面体结构 216化合物半导体结构 原子以密排形式排列 化合物半导体的晶体结构通常形成化合物半导体的闪锌矿晶体结构 闪锌矿( Zinc blende structure) 和纤锌矿结构。闪锌矿和纤锌矿结 构与金刚石结构类似,是以四面体 结构为基础,每个原子以4个异类 原子为最近邻。闪锌矿和纤锌矿结 构的不同在于它们的对称性不同,a 其中,闪锌矿为立方(面心立方) Zn 对称,纤锌矿结构为六方对称。 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.6 化合物半导体结构 化合物半导体结构 S Zn a a a 化合物半导体的晶体结构通常形成 闪锌矿（Zinc Blende Structure Structure） 和纤锌矿结构。闪锌矿和纤锌矿结 构与金刚石结构类似，是以四面体 结构为基础，每个原子以4个异类 原子为最近邻。闪锌矿和纤锌矿结 构的不同在于它们的对称性不同， 其中，闪锌矿为立方（面心立方） 对称，纤锌矿结构为六方对称。 § 2.1 半导体材料特征 半导体材料特征 化合物半导体的闪锌矿晶体结构 核心：四面体结构 原子以密排形式排列
第二章半导体中的基本性质 半导体材料的结构和性质之间存在相似性(四面体结构),这 种相似性与什么有关?答案是:与原子之间的相互作用有关。 §2.2半导体的结合性质 晶体中的原子依靠原子之间的相互作用(称为化学键)结合 在一起的,晶体的性质和结构往往与化学键的性质有关,本 节将讨论固体结合形成晶体的结合方式(化学键)、半导体 的化学键性质和特征及其与晶体结构的内部关联性。 2.2.1固体的结合形式和化学键 222S原子结构和S晶体的共价键结合 223S晶体的四面体结构 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 第二章 半导体中的基本性质 半导体中的基本性质 § 2.2 半导体的结合性质 半导体的结合性质 2.2.1 固体的结合形式和化学键 固体的结合形式和化学键 2.2.2 Si原子结构和Si晶体的共价键结合 晶体的共价键结合 2.2.3 Si晶体的四面体结构 晶体的四面体结构 晶体中的原子依靠原子之间的相互作用（称为化学键）结合 在一起的，晶体的性质和结构往往与化学键的性质有关，本 节将讨论固体结合形成晶体的结合方式（化学键）、半导体 的化学键性质和特征及其与晶体结构的内部关联性。 半导体材料的结构和性质之间存在相似性（四面体结构），这 种相似性与什么有关？答案是：与原子之间的相互作用有关
2.2.1固体的结合形式和化学键 从力学观点:原子间通过相互作用结合形成形态一定的固体,则这种作用必 然同时存在吸引和排斥两种作用,固体的形态由这两种作用的平衡点决定。 从能量观点:原子通过相互作用结合形成具有稳定结构的固体时,其相互作 用能必然存在能量极小值。这种能够形成势能极小值的物理相互作用,被化 学家形象地称之为化学键 Molecule Oo 形成稳定结构 Separated atoms FA=Attractive force ER=Repulsive PE 时的原子之间 E=Net PE 的间距,称为1 岳 Interatomic separation,r G 化学键键长 FR=Repulsive force E:=Attractive pe 键长 (a) Force vs r (b) Potential energy vsr
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.2.1 固体的结合形式和化学键 固体的结合形式和化学键 从力学观点：原子间通过相互作用结合形成形态一定的固体，则这种作用必 然同时存在吸引和排斥两种作用，固体的形态由这两种作用的平衡点决定。 从能量观点：原子通过相互作用结合形成具有稳定结构的固体时，其相互作 用能必然存在能量极小值。这种能够形成势能极小值的物理相互作用，被化 学家形象地称之为化学键。. . . Interatomic separation, r + Attraction Repulsion 0 FA = Attractive force FR = Repulsive force FN = Net force ro r = Molecule ∞ Separated atoms ro (a) Force vs r r + Repulsion Attraction 0 EA = Attractive PE ER = Repulsive PE E = Net PE Eo ro (b) Potential energy vs r Force Potential Energy, E(r) 键长 形成稳定结构 时的原子之间 的间距，称为 化学键键长