金剛石結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的異同.doc

金剛石結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的異同.doc 金剛石結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的異同
金剛石結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的異同： 閃鋅礦結(jié)構(gòu)除去由兩類不同原子占據(jù)著晶格的交替位置外，與金剛石 結(jié)構(gòu)是完全相同的。
兩種不同原子之間的化學(xué)鍵主要是共價鍵，同時 又具有離子鍵成分即混合鍵。
因此閃鋅礦結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體特性及電學(xué)、 光學(xué)性質(zhì)上除與金剛石結(jié)構(gòu)有許多相同處外又有許多不同之處。
能帶結(jié)構(gòu)：1）帶隙結(jié)構(gòu); 直接帶隙：導(dǎo)帶底和價帶頂位于k空間同一點。
間接帶隙：導(dǎo)帶底和價帶頂位于k空間不同點。
2)導(dǎo)帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，對材料的性能和應(yīng)用有明顯的 影響，下面以Si、Ge、GaAs為例作簡單介紹： a)實驗發(fā)現(xiàn)GaAs的導(dǎo)帶底附近等能面形狀為球面，Ge、Si的等能面為 旋轉(zhuǎn)橢球面。
因此GaAs的許多性質(zhì)(如電阻率、磁阻效應(yīng)等)呈各向同 性，可用標(biāo)量表示,Ge、Si的許多性質(zhì)呈各向異性。
b)如果導(dǎo)帶極值不在k空間原點，按對稱性的要求，必然存在若干個等 價的能谷，人們把具有數(shù)個能谷的半導(dǎo)體稱為多能谷半導(dǎo)體，如Ge和 Si是典型的多能谷半導(dǎo)體。
相反，如果導(dǎo)帶極值在k空間原點處，只有 單個極值，人們把此種半導(dǎo)體稱為單能谷半導(dǎo)體，如GaAs為單能谷半 導(dǎo)體。
c) 多能谷半導(dǎo)體可用來制作壓阻器件。
如Si的導(dǎo)帶底處在（100)方向，距 原點約5/6處，因此它有6個對稱的等價能谷，且每個等能面為旋轉(zhuǎn)橢 球面，電子的縱向有效質(zhì)量大于橫向有效質(zhì)量，因而沿橢球主軸方向 的縱向遷移率小于垂直于主軸方向的橫向遷移率。
當(dāng)從x軸對N型硅施加壓力時，導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，y軸和z軸上能谷的 電子轉(zhuǎn)移到x軸上的能谷，由于有效質(zhì)量變化，使x軸方向電導(dǎo)率減少 ，因此硅是制作壓阻器件的一種材料。
d) 存在多種能量極值的半導(dǎo)體材料，由于不同極值處導(dǎo)帶的曲率不同， 而且其曲率與該處電子的有效質(zhì)量成反比，則發(fā)生轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)。
如GaAs的導(dǎo)帶在位于(100)方向的極值(可稱為子能谷)比位于k空間原 點的極值(可稱為主能谷)高約0.36 eV，而且前者電子的有效質(zhì)量較大，遷移率較低，因此在強(qiáng)電場作用 下，電子從原點極