北大半导体物理讲义整理

1 第一章 晶体结构 晶格 § 1 晶格相关的基本概念 1. 晶体：原子周期排列，有周期性的物质。 2. 晶体结构：原子排列的具体形式。 3. 晶格：典型单元重复排列构成晶格。 4. 晶胞：重复性的周期单元。 5. 晶体学晶胞：反映晶格对称性质的最小单元。 6. 晶格常数：晶体学晶胞各个边的实际长度。 7. 简单晶格&复式晶格：原胞中包含一个原子的为简单晶格，两个或者两个以上的称为复式晶格。 8. 布拉伐格子：体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。（布拉伐格子的每个格点对应一个原胞，简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同；复式晶格每种等价原子都构成和布拉伐格子相同的格子。） 9. 基失：以原胞共顶点三个边做成三个矢量，α1 ，α2 ，α3，并以其中一个格点为原点，则布拉伐格子的格点可以表示为 αL=L1α1 +L2α2 +L3α3 。把α1 ，α2 ，α3 称为基矢。 10. 平移对称性：整个晶体按9 中定义的矢量αL 平移，晶格与自身重合，这种特性称为平移对称性。（在晶体中，一般的物理量都具有平移对称性） 11. 晶向&晶向指数：参考教材。（要理解） 12. 晶面&晶面指数：参考教材。（要理解） 立方晶系中，若晶向指数和晶面指数相同则互相垂直。 § 2 金刚石结构，类金刚石结构（闪锌矿结构） 金刚石结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格，它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4 长度套构而成。常见的半导体中Ge，Si，α-Sn （灰锡）都属于这种晶格。 金刚石结构的特点：每个原子都有四个最邻近原子，它们总是处在一个正四面体的顶点上。（每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数） 每两个邻近原子都沿一个<1,1,1,>方向， 处于四面体顶点的两个原子连线沿一个<1,1,0>方向， 四面体不共顶点两个棱 中点连线沿一个<1,0,0,>方向。 2 金刚石结构的密排面： {1，1，1} 晶面的原子都按六方形的方式排列。每两层{1，1，1}原子层完全相同，A B C A B C …… 在这种结构中，关于任何两个相邻原子连线中点具有反演对称性。 类金刚石结构：GaAs，InSb，GaP 等化合物晶体的晶格是由两种不同原子组成的面心立方晶格套构而成的，称为类金刚石结构或闪锌矿结构，显然闪锌矿不再具有反演中心。 §3 共价结合 §3.1 晶体结合的四种基本方式 1. 离子结合：原子间交换电子，形成正负离子，之间相互库仑作用结合成固体。 2. 共价结合：相邻原子共用电子对形成共...