参考尼曼《半导体物理与器件》

1.1 半导体材料

半导体是导电性能介于金属和绝缘体之间的一种材料。

半导体基本上可分为两类:位于元素周期表Ⅳ族的元素半导体材料和化合物半导体材料。

大部分化合物半导体材料是族和V族元素化合形成的。

双元素化合物半导体,比如GaAs或GaP,是由Ⅲ族和V族元素化合而成的。
GaAs是其中应用最广泛的一种化合物半导体。它良好的光学性能使其在光学器件中广泛应用,同时也应用在需要高速器件的特殊场合。
我们也可以制造三元素化合物半导体,例如$A{l}_{x}G{a}_{1-x}As$,其中的下标x是低原子序数元素的组分。
甚至还可形成更复杂的半导体,这为选择材料属性提供了灵活性。

1.2 固体类型

三种：无定形、多晶、单晶
判定：材料中有序化区域的大小

有序化区域是指原子或者分子有规则或周期性几何排列的空间范畴

无定形材料只在几个原子或分子的尺度内有序。
多晶材料则在许多个原子或分子的尺度上有序。
单晶材料则在整体范围内都有很高的几何周期性

空间晶格

一个典型单元或原子团在三维的每一个方向上按某种间隔规则重复排列就形成了单晶。
晶体中这种原子的周期性排列称为晶格

原胞和晶胞

格点：描述某种特殊的原子排列
晶胞：就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体

晶胞的并非只有一种结构

原胞是可以通过重复形成晶格的最小晶胞。

基本晶体结构

简立方sc
体心立方bcc
面心立方fcc

原子体密度
立方体晶格常数 a 为边长
$密度=\frac{等效原子}{体积}$

E1.1面心立方结构的晶格常数是4.75A,确定其原子体密度。
答案: $3.73\times 10^{22}c{m}^{-3}。$
E1.2简立方的原子体密度是$3.73\times 10^{22}c{m}^{-3}$。假定原子是刚球并与最近的相邻原子相切。确定晶格常数和原子半径。
答案: a= 3.22 A, r = 1.61 A。

晶面和米勒指数

米勒指数（平面与坐标轴截距的倒数）
平面用()

一类用{}

原子面密度

晶向[]

一类用<>

金刚石结构

金刚石结构是指由同种原子形成的特定晶格

硅锗都是Ⅳ族元素,具有金刚石晶格结构

铅锌矿(闪锌矿)结构与金刚石结构的不同仅在于它们的晶格中有两类原子。

原子价键

离子键
共价键
金属键
范德华键

固体中的缺陷和杂质

固体中的缺陷

在实际晶体中,晶格不是完美的,它有不足或称缺陷;
也就是说,完整的几何周期性被一些形式破坏。
缺陷改变了材料的电学特性,有时候,电学参数甚至由这些缺陷或杂质决定。
所有晶体都有的一类缺陷是原子的热振动
另一种为点缺陷

固体中的杂质

晶格中可能出现外来原子或杂质原子。杂质原子可以占据正常的晶格格点,这种情况称为替位杂质。
杂质原子也可能位于正常格点之间,它们称为填隙杂质。