半導體材料是由一種或幾種原子周期性規則排列而成的晶體，而每個原子又包含原子核和核外電子。夫于半導體晶體結構的基礎理論在相關固體物理方面的書籍中已有詳細論述，這里不作為本書的重點內容進行詳細展開。本節簡要介紹幾種重要的半導體晶體結構。常用的半導體材料包括金剛石（以51為代表）、閃鋅礦（以gaas為代表）和纖鋅礦（以znse為代表）晶體結構。

　　硅和鍺等重要半導體材料都屬于第ⅳ族元素，原子的最外層都具有4個價電子。大量的硅、鍺原子靠共價鍵結合成晶體，他們的晶體結構與碳原子組成的結構一樣都屬于金剛石型結構。這種結構中每個原子周圍都有4個最鄰近的原子，組成正四面體結構，如圖1（a）所示。每個原子和周圍4個原子組成4個共價鍵，4個鍵長度相等，兩相鄰鍵夾角為109°28′。許多四面體積累起來就得到如圖1（b）所示的金剛石型結構。金剛石型結構的結晶學原胞是一種立方對稱的晶胞，它的布喇菲格子是面心立方，如圖1（c）所示。這種晶胞可以看做是沿體對角線方向平移其長度四分之一的2個面心立方晶胞互相套構而成。原子在晶胞中排列的情況是：8個原子位于立方體的8個對角頂上，6個原子位于6個面中心上，晶胞內部有4個原子。立方體頂角和面心上的原子與這4個原子周圍情況不同，所以它是由相同原子構成的復式晶格。它的固體物理學原胞和面心立方晶格的相同，差別只在于前者每個原胞中包含2個原子，后者只包含1個原子。金剛石型結構中原子間距比較大，原子空間占有率只有34％。

　　圖1 金剛石型結構

　　閃鋅礦型晶體結構與金剛石型結構類似，同屬立方晶系，布喇菲格子也是面心立方，不同之處在于閃鋅礦晶胞是由兩種不同原子組成的。只要在金剛石型晶格立方單元的對角線位置上放一種原子，在面心立方位置上放另外一種原子，就能得到閃鋅礦型結構。絕大多數ⅲ族元素（如鋁、嫁和銦）和ⅴ族元素（如磷、砷和銻）構成的化合物都具有閃鋅礦型結構。這種結構是由兩類原子各自組成的面心立方原胞沿體對角線平移四分之一體對角線距離相互套構而成的，其晶胞結構如圖2所示。在共價化合物中，電負性強的原子平均來說帶有負電，電負性弱的原子平均來說帶有正電，正負電荷之間的庫侖作用對結合會有一定的貢獻。在共價結合占優勢的情況下，這種化合物傾向于構成閃鋅礦結構。經簡單的計算可知，閃鋅礦結構晶體的（110）晶面之間的面間距最大，原子之間的鍵合力最弱，所以一般最容易沿此晶面斷開，形成自然解理面，這是半導體激光器理想的諧振腔面。

　　圖2 閃鋅礦型結構的晶胞

　　除硒化汞、碲化汞是半金屬外，ⅱ族元素（如鋅、鎘和汞）和ⅵ族元素（如硫、硒和碲）合成的化合物大部分都是閃鋅礦型結構，但是其中有些具有六角晶系纖鋅礦型結構。纖鋅礦型結構可以看做是兩個套構而成的六角密排晶格，如圖3所示。纖鋅礦型結構是四個等距緊鄰原子的四面體型排列，類似于閃鋅礦型結構。與iii－v族化合物類似，這種共價化合物晶體的結合性質也具有離子性，但是這兩種元素的電負性差別較大，蛔果離子型結合占優勢，則易于形成纖鋅礦型結構。硫化鋅、硒化鋅、硫化鎘和硒化鎘等都可以閃鋅礦型和纖鋅礦兩種方式結晶。

　　圖3 纖鋅礦型結構的晶胞

　　nacl晶體是由na＋和cr構成的具有氯化鈉型結構的典型晶體。根據電中性條件，每種離子的最近鄰都是異性離子，因此，氯化鈉結構的每個基元由兩個離子組成，一個正離子，一個負離子。每種離子各自形成面心立方結構，沿軸矢方向平移半個晶格常數，互相套構而成，如圖4所示。一些重要的半導體材料，如ⅳ～ⅵ族化合物硫化鉛、硒化鉛、碲化鉛，都是以氯化鈉型結構結晶的。

　　圖4 氯化鈉型結構的晶胞

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