固體物理第2課常見晶格結(jié)構(gòu).ppt

1.4 密堆積和配位數(shù),1.4.1 密堆積 結(jié)合能最低。 緊密方式排列。 配位數(shù)：原子周圍最近鄰的原子數(shù)。 1.4.2 密堆積結(jié)構(gòu) 1 六方密堆積 2立方密堆積：面心立方,1.4.3 最大配位數(shù) 相同原子組成：最大配位數(shù)12。 不同原子組成：最大配位數(shù)小于12。 根據(jù)對稱性：配位數(shù)12，8，6，4，3，2。 1.4.4 致密度 致密度（堆積因子）晶胞中所有原子體積之和與晶胞體積之比。,1.5.1 立方晶系的布喇菲晶胞 簡立方晶格（sc） 體心立方晶格（bcc） Li、Na、K、Rb、Cs、Fe 面心立方晶格（fcc） Fe、Au、Ag、Cu、Al Cu 1s22s22p63s23p63d104s1,1.5 幾種典型的晶體結(jié)構(gòu)：,1.5.2 立方晶系的復(fù)式格子,氯化鈉型結(jié)構(gòu)（示意圖） 氯化銫型結(jié)構(gòu)（示意圖） 金剛石結(jié)構(gòu)(演示) （示意圖） 閃鋅礦結(jié)構(gòu)(演示) （示意圖） 鈣鈦礦結(jié)構(gòu): （示意圖） C60結(jié)構(gòu) （示意圖）,1.5.3 六方密積結(jié)構(gòu),1 六方密堆積(演示)（示意圖） 基元由兩個原子構(gòu)成。配位數(shù)12 2 纖維鋅礦(六方ZnS)型結(jié)構(gòu) （示意圖） 可以看成是S原子和Zn原子構(gòu)成的六方密集子晶格沿六方軸的c方向移動3c/8套構(gòu)而成。 可以看成是4 個簡單六方晶格的嵌套而成，每個原胞內(nèi)包含兩對離子。 族元素的氮化物，如BN、AlN、GaN、InN。,纖維鋅礦是一種較少見的硫化鋅的礦物形式，以法國化學(xué)家Charles-Adolphe Wurtz的名字命名。 其晶體結(jié)構(gòu)是六角形晶體系統(tǒng)的一員且包含有四面等位的鋅和硫原子形成ABABAB型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與 of 六方碳或者六角的鉆石的結(jié)構(gòu)有很大程度的關(guān)聯(lián)。 纖維鋅礦單胞常數(shù)為： a = b = 3.81 = 381 pm c = 6.23 = 623 pm 許多其他化合物可以同樣有纖維鋅礦的結(jié)構(gòu)，包括AgI、ZnO、CdS、CdSe、-SiC、GaN、AlN，以及其它半導(dǎo)體。在大多數(shù)這種化合物中，纖維鋅礦并不是受人喜愛的大塊晶體的形式，但是這種結(jié)構(gòu)可以在某些非晶體形式的材料中受到喜愛。,作業(yè)：1,假設(shè)原子為剛性小球，則其堆積為下列晶格時原子自身體積與其占據(jù)的空間體積之比為多少？ bcc晶格 (b) fcc晶格 說明金鋼石、閃鋅礦晶胞和原胞中原子的數(shù)量？ 簡要說明PbS 和InSb的晶格結(jié)構(gòu)以及它們的應(yīng)用范圍 。,1.6 晶向指數(shù)和晶面指數(shù),1.6.1 晶向及其標(biāo)志 晶列：通過晶格中任意兩個格點連一條直線，該直線稱為晶列。 晶向：相互平行的一族晶列的共同方向稱為晶向。對于簡約格矢量，即n,m,l為互質(zhì)數(shù)。 其晶向記為nml. 晶向指數(shù)：用以標(biāo)志晶列方向的參數(shù)。 晶向指數(shù)的求法： （示意圖）(常見晶向指數(shù)),立方晶系中一些常用的晶向指數(shù),說明： 晶向指數(shù)代表一族晶列，而不指某一特定晶列。(示意圖) 負(fù)晶向指數(shù)表示： 。 等效晶向表示： 六方晶系的表示方法。（示意圖）,1.6.2 晶面與密勒指數(shù),晶面：同一平面上的格點構(gòu)成一個晶面。 晶格由無數(shù)互相平行且等距分布的晶面構(gòu)成。 截距方程： 密勒指數(shù)：用以標(biāo)志晶面的參數(shù)。 密勒指數(shù)的求法：（示意圖） 舉例,求出晶面在坐標(biāo)軸X、Y、Z上的相應(yīng)截距p、q、r ； 取截距倒數(shù)h，k，l，(h、k、l為晶面指數(shù)或密勒指數(shù))； 將h、k、l化為沒有公約數(shù)的整數(shù)比h：k：l= 將h、k、l加圓括號(hkl)，即為晶面指數(shù)。,說明： 以格點為原點，以基矢為坐標(biāo)軸，建立坐標(biāo)系。晶面在基矢上的截距為（x,y,z）,則其倒數(shù)連比可化為互質(zhì)的整數(shù)(hkl)，稱為該族晶面的密勒指數(shù)。 實際工作中，常以晶胞（不是原胞）的基矢a,b,c為坐標(biāo)軸來建立坐標(biāo)系，a,b,c不一定正交。 密勒指數(shù)既表示一族晶面，也表示單個晶面。 負(fù)密勒指數(shù)表示： 。 等效晶面表示：h k l 在立方晶系中密勒指數(shù)和晶向指數(shù)相同的晶面、晶列互相垂直。,舉例：,y,（326）,晶面間距的計算,低指數(shù)的晶面晶面間距較大，高指數(shù)的則較小。晶面間距越大，該面上原子排列愈密集，否則越疏。,注意點： 本節(jié)的晶向、晶面及其指數(shù)主要針對布喇菲格子而言。 如以原胞基矢為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，則晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的通式一般為l1 l2 l3、(h1 h2 h3)。 密勒指數(shù)簡單的晶面也是比較重要的晶面。,作業(yè)：2,試問面心立方晶格中，哪些晶向上原子的線密度最大？ 試證明在立方晶系中， 晶面(a,b,c)與晶向a,b,c互相垂直。 求立方晶系中(121)晶面的面間距。 在簡單立方晶格中試求密勒指數(shù)為（111）和（121）的晶面之間的夾角。(晶面與晶向,矢量計算法則),氯化鈉型結(jié)構(gòu),氯化鈉型結(jié)構(gòu),復(fù)式面心立方結(jié)構(gòu)：KCl、LiH、PbS,返回,氯化銫型結(jié)構(gòu),氯化銫型結(jié)構(gòu),返回,復(fù)式簡立方結(jié)構(gòu)：TlBr溴化鉈、TlI(碘化鈦)、CuPd(鈀銅)、AgMg、AlNi,晶胞和原胞,金鋼石結(jié)構(gòu) 1,金剛石 3,返回,金鋼石結(jié)構(gòu) 2,返回,金剛石和閃鋅礦結(jié)構(gòu)（）,金剛石結(jié)構(gòu),閃鋅礦結(jié)構(gòu),閃鋅礦結(jié)構(gòu)又稱為立方硫化鋅,金剛石和閃鋅礦結(jié)構(gòu)（2）,復(fù)式面心立方結(jié)構(gòu)：兩個面心立方的布喇菲晶格沿對角線平移1/4長度套構(gòu)而成，但原子價鍵取向不同。 Si、Ge、GaAs、InP、InSb（用途？）,InSb 探測器陣列 320240制冷 目前11所和211所已做出來。,金剛石和閃鋅礦結(jié)構(gòu)（2）,(100面),(111面),返回,金剛石和閃鋅礦結(jié)構(gòu)（3）,返回,原胞示意圖,金剛石和閃鋅礦結(jié)構(gòu)（4）,晶格常數(shù)：硅 0.543nm, 鍺 0.566nm 密度： 5.001022cm-3, 4.421022cm-3 共價半徑： 0.117nm, 0.122nm.,淡黃色透明閃鋅礦(金剛石光澤).,返回,六方密積結(jié)構(gòu)示意圖1,返回,原子鋪排方式：ABABAB,復(fù)式六方結(jié)構(gòu)：Be、Mg、Ti、Zn,下一頁,六方密積結(jié)構(gòu)示意圖2,返回,晶胞和原胞示意圖,鈣鈦礦晶格結(jié)構(gòu)（1）,鈣鈦礦類型結(jié)構(gòu)(ABO3)的PZT (Pb ZrTiO3)是鐵電隨機存儲器中使用的最常見的材料。在應(yīng)用和排除外電場后，PZT的電極化（ Zr/Ti 原子的上/下移動）仍然存在，從而帶來了非易失性的特質(zhì)。因此，數(shù)據(jù)存儲所消耗的電量非常小。,鈣鈦礦晶格結(jié)構(gòu)（2）,C60分子晶體,C60是由60個碳原子構(gòu)成的球形32面體，即由12個五邊形和20個六邊形構(gòu)成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。每個碳原子以sp2雜化軌道和相鄰的3個碳原子相連，剩余的p軌道在C60分子的外圍和內(nèi)腔形成鍵。,纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（3-1）,纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（3-2）,纖鋅礦結(jié)構(gòu)：六方硫化鋅,纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（3-3）,纖鋅礦原胞,Chalcocite纖鋅礦,纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（3-4）,返回,晶向指數(shù)的求法示意圖,返回,xy平面內(nèi)晶向示意圖(z=0),說明：晶向指數(shù)代表一族晶列，而不指某一特定晶列。,返回,晶面族,密勒指數(shù)的求法示意圖,返回,晶面間距示意圖,晶面截距公式推導(dǎo),重要晶面,（100）,（110）,（111）,六方晶系的晶向指數(shù)和密勒指數(shù), 晶向 ( )晶面,在各軸上的投影,晶體管的發(fā)明,1946年1月，Bell實驗室正式成立半導(dǎo)體研究小組：W. Schokley，J. Bardeen、W. H. Brattain Bardeen提出了表面態(tài)理論， Schokley給出了實現(xiàn)放大器的基本設(shè)想， Brattain設(shè)計了實驗； 1947年12月23日，第一次觀測到了具有放大作用的晶體管；,晶體管的發(fā)明,1947年12月23日 第一個點接觸式 NPN Ge晶體管 發(fā)明者： W. Schokley J. Bardeen W. Brattain,獲得1956年Nobel物理獎,集成電路的發(fā)明,1952年5月，英國科學(xué)家G. W. A. Dummer第一次提出了集成電路的設(shè)想。 1958年以德克薩斯儀器公司（TI）的科學(xué)家基爾比(Clair Kilby,Intel創(chuàng)始人之一)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果。,集成電路的發(fā)明,1958年世界上第一塊集成電路：鍺襯底上形成臺面雙極晶體管和 電阻，總共12個器件，用超聲焊接引線將器件連起來。,獲得2000年Nobel物理獎,集成電路的發(fā)明,Kilby 的專利（1964年）,1. 硅圓片工藝,晶片: 只含有極少“缺陷”的單晶硅體。,“切克勞斯基法”生長單晶硅,“切克勞斯基法”:將一塊稱為籽晶的單晶硅浸入熔融硅中，然后在旋轉(zhuǎn)籽晶的同時緩慢地把其從熔融硅中拉起。結(jié)果，就形成圓柱形的大單晶棒。 生