2022-2023學年高二物理競賽課件：晶體結構

晶體結構《半導體物理學》是面向電子科學與技術方向微電子技術、集成電路與集成系統(tǒng)、微電子學、光電子學、材料學以及相關專業(yè)本科生所開設的一門專業(yè)基礎課，是專業(yè)核心課程之一。開設目的：揭示半導體主要性質，探討半導體材料在熱平衡態(tài)和非平衡態(tài)下所發(fā)生的物理過程、規(guī)律以及相關應用，并通過實驗加深對半導體物理理論的理解，掌握半導體的測量技術和基本原理，以適應后續(xù)專業(yè)課程的學習和將來工作的需要。晶體結構固體分為晶體和非晶體。非晶體也稱為玻璃態(tài)物質或無定型固體，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)半導體)晶體中的原子排列是長程有序的。第一章的學習內容§1.1晶體內部結構的周期性§1.3

倒格子§1.1晶體內部結構的周期性

晶體中的原子是按照一定規(guī)則排列的，形成一個有序結構。圖1.1(a)表示ABCD的基本單位。如果它的基矢為ab時，則可用平移矢量R表示所有點的位置，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)則排列的空間點陣;格點：以R指定的點，稱為格點；即空間（一維或多維）點陣中的點（結點）。晶胞：圖1.1(a)中，以a，b定義的ABCD區(qū)域稱為晶胞；原胞：只含有一個格點的晶胞稱為原胞；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，就可以填滿整個晶格空間，即，在晶格中的格點是周期性排列的，所以說晶體內部結構具有周期性。反映晶體周期性的重復單元，有兩種選取方法：在固體物理學中，選取周期最小的重復單元，即原胞在晶體學中，由對稱性選取最小的重復單元，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單元，但二者有所不同。在固體物理學中，原胞只強調晶格的周期性；而在結晶學中，晶胞還要強調晶格中原子分布的對稱性?！?.3倒格子

正格子：實空間中，晶體中的原子排列成的晶格點陣，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或電子的運動及其狀態(tài)等，引入的一個與正格子相關聯(lián)的空間關系。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做準備)。假設倒格子的基矢為,它們與正格子基矢的關系為：

(1.3)或寫為：其中：

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