金刚石结构和闪锌矿结构的异同.doc

金刚石结构和闪锌矿结构的异同.doc 金刚石结构和闪锌矿结构的异同
金刚石结构和闪锌矿结构的异同： 闪锌矿结构除去由两类不同原子占据着晶格的交替位置外，与金刚石 结构是完全相同的。
两种不同原子之间的化学键主要是共价键，同时 又具有离子键成分即混合键。
因此闪锌矿结构在半导体特性及电学、 光学性质上除与金刚石结构有许多相同处外又有许多不同之处。
能带结构：1）带隙结构; 直接带隙：导带底和价带顶位于k空间同一点。
间接带隙：导带底和价带顶位于k空间不同点。
2)导带结构 半导体材料的导带结构是比较复杂的，对材料的性能和应用有明显的 影响，下面以Si、Ge、GaAs为例作简单介绍： a)实验发现GaAs的导带底附近等能面形状为球面，Ge、Si的等能面为 旋转椭球面。
因此GaAs的许多性质(如电阻率、磁阻效应等)呈各向同 性，可用标量表示,Ge、Si的许多性质呈各向异性。
b)如果导带极值不在k空间原点，按对称性的要求，必然存在若干个等 价的能谷，人们把具有数个能谷的半导体称为多能谷半导体，如Ge和 Si是典型的多能谷半导体。
相反，如果导带极值在k空间原点处，只有 单个极值，人们把此种半导体称为单能谷半导体，如GaAs为单能谷半 导体。
c) 多能谷半导体可用来制作压阻器件。
如Si的导带底处在（100)方向，距 原点约5/6处，因此它有6个对称的等价能谷，且每个等能面为旋转椭 球面，电子的纵向有效质量大于横向有效质量，因而沿椭球主轴方向 的纵向迁移率小于垂直于主轴方向的横向迁移率。
当从x轴对N型硅施加压力时，导带结构发生变化，y轴和z轴上能谷的 电子转移到x轴上的能谷，由于有效质量变化，使x轴方向电导率减少 ，因此硅是制作压阻器件的一种材料。
d) 存在多种能量极值的半导体材料，由于不同极值处导带的曲率不同， 而且其曲率与该处电子的有效质量成反比，则发生转移电子效应。
如GaAs的导带在位于(100)方向的极值(可称为子能谷)比位于k空间原 点的极值(可称为主能谷)高约0.36 eV，而且前者电子的有效质量较大，迁移率较低，因此在强电场作用 下，电子从原点极