硅晶体结构的特点硅的晶胞结构ppt课件.ppt

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1、第一章硅的晶体结构本章主要内容硅晶体结构的特点晶向、晶面和堆积模型硅晶体中的缺陷硅中杂质杂质在硅晶体中的溶解度硅晶体结构的特点单晶：整个晶体由单一的晶格连续组成。多晶：晶体由相同结构的很多小晶粒无规则地堆积而成。晶体是由质点在三维空间中按一定规则作周期重复性排列所构成的，晶体的这种周期性结构称为晶格。体心立方面心立方简单立方常见的晶格结构硅原子构成的一个面心立方原胞内还有四个原子，分别位于四个空间对角线的1／4处硅的晶体结构和碳、锗一样，是金刚石结构的半导体晶体。硅晶体结构的特点硅晶体结构的特点硅的晶体结构最大限度地反映晶体对称性质的最小单元，

2、称为晶胞。硅晶体结构的特点硅的晶胞结构：在由硅原子构成的一个面心立方原胞内，还有四个硅原子，分别位于四个空间对角线的1／4处。硅和锗的晶格结构相同，但晶胞边长a（晶格常数）不同。300K时，硅的a=5.4305Å,锗的a=5.6463Å一、晶胞顶角：1/8；面心：1/2；体心：1锗晶胞:8/a3=4.425×1022/cm3一个硅晶胞中的原子数:8*1/8+6*1/2+4=8二、原子密度硅晶体的原子密度硅:a=5.4305Å，硅的原子密度:8/a3=5×1022/cm3硅晶体结构的特点晶胞单位体积所含的原子数，称为原子密度。硅晶体中虽然不等价原

3、子的环境不完全相同，但任何一原子都有4个最近邻的原子，与之形成共价键。一个原子处在正四面体的中心，其它四个与它共价的原子位于四面体的顶点，这种四面体称为共价四面体。三、共价四面体硅晶体结构的特点硅原子半径：rsi==1.17Å硅原子体积:单位原子在晶格中占有的体积：空间利用率：硅原子体积/单位原子在晶格中占有的体积硅晶体空间利用率约为34%四、晶体内部的空隙硅晶体结构的特点金刚石结构的另一个特点是内部存在着相当大的空隙。晶体中最小的原子间距的二分之一定义为硬球半径。晶向、晶面和堆积模型一、晶向晶列：晶格中的原子总可以被看作是处在一系列方向相同的

4、平行直线系上，这种直线系称为晶列。同一晶体中存在许多取向不同的晶列。晶向：一族晶列所指的方向称为晶向，而任何晶列的方向可由连接晶列中相邻格点的矢量方向来标记。晶向指数：[m1,m2,m3];（等价概括）原子线密度：晶向上单位长度内的原子个数硅晶体中不同晶向和晶面上的原子排列情况是不相同的，不同的排列对器件的制造有着重要的影响。[111]以中心点O为原点晶向、晶面和堆积模型二、晶面晶面：晶格中的原子不但处于一系列方向相同的平行直线上，且可看作处于一系列彼此平行的平面系上，这种平面系称为晶面。晶面指数：相邻的两个平行晶面在坐标轴

5、上的截距的倒数。晶面指数：(h1,h2,h3）;{h1,h2,h3}（等效晶面族）原子面密度：晶面上单位面积的原子数。晶向、晶面和堆积模型aa<100><110>(100)晶面原子面密度密堆积模型晶向、晶面和堆积模型三、堆积模型图六角密积立方密积晶向、晶面和堆积模型ABAB…ABCABC…ABAB…..六角密积ABCABC…..立方密积硅晶体的堆积次序是AA´BB´CC´AA´BB´CC´···为双层密排面；密排面为（111）面密堆积类型晶向、晶面和堆积模型晶向、晶面和堆积模型四、双层密排面密排面面内原子结合力强，面间结合力弱金刚石晶面性质双层

6、密排面特点1.由于{111}双层密排面面内原子结合力强，两个双层面间结合力弱，故晶体易沿{111}晶面劈裂；2.面内原子结合力强，化学腐蚀比较困难和缓慢，所以腐蚀后容易暴露在表面上；3.由于{111}双层密排面之间距离很大，结合力弱，晶格缺陷易在面间形成和扩展；4.面内原子结合力强，能量低，晶体生长中有生成（111）晶面的趋势。硅晶体中的缺陷一、点缺陷点缺陷主要包括：自间隙原子、空位、肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷、外来原子(替位式或间隙式)晶体中主要缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷沿位错线多挤入的一行原子，各具有一个未成键的电子，这种状态成为悬

7、挂键。硅晶体中的缺陷二、线缺陷位错是晶体中常见的线缺陷，可以通过范性形变产生，主要有刃位错和螺位错等。刃位错已滑移部分和未滑移部分的交界线称为位错线。当位错线与滑移矢量垂直时，这样的位错称为刃位错。位错线与滑移矢量平行，称为螺位错。把前后相对位移一个原子间距，晶体剪开，使两边晶体然后粘合，位错线附近的原子排列发生错乱。硅晶体中的缺陷螺位错硅晶体中的缺陷三、面缺陷在密堆积的晶体结构中，由于堆积次序发生错乱，称为堆垛层错，简称层错。层错是一种区域性的缺陷，在层错以内及以外的原子都规则排列，只是在两部分交界面处原子排列发生错乱，所以它是一种面缺陷。四

8、、体缺陷掺入杂质的量大于硅可接受的浓度时，杂质将在晶体中沉积，形成体缺陷。一、导体、半导体和绝缘体导体10-10Ω·cm绝缘体108～1012Ω·cm