金刚石结构的各向异性

金刚石结构的各向异性（一）

对大多数晶体而言，并不是只存在一种化学键，而是存在多种化学键，称为混合键（混合键型晶体）

如：三五族化合物半导体，砷化镓（GaAs）这些都是共价键和离子键组成的混合键（混合键型）

GaAs由Ga和As原子组成，Ga是三族元素，As是五族元素，负电性差别比较小，平均都有四个价电子

每个Ga原子(As) 与周围的四个As（Ga）原子形成饱和共价键，结合成共价四面体(先画一个正立方体，中心先画一个原子，另外周围四个画在8个顶点中的4个)，负电性虽然差别小，但是毕竟还是存在差别，所以价电子是要向负电性大的，价电子向负电性大的As原子有所转移，As的周围会带有一些负电性，Ga的周围会带等量的正电荷，正负电荷之间会有库伦引力的作用，所以GaAs会存在离子键的作用

 所以三族五族元素之间以共价键为主，如果用二六族可能离子键占主导

GaAs分别由Ga原子和As原子构成的面心立方晶胞沿着对角线平移，套构而成，通常叫做闪锌矿结构（由两种不同原子组成的面心立方，沿空间对角线方向相互平移四分之一对角线长度套构而成）

1. 晶体中化学键的性质是决定晶体结构的重要因素，并且对晶体的物理性质有很大的影响

2. 化学键的性质由组成晶体的原子的价电子的分布情况决定

        a. 价电子在两种不同原子之间的完全转移 ----- 形成离子键（NaCl）

        b.价电子在同一种原子之间的共有----- 形成共价键（Si，Ge）

        c.价电子为晶体中所有原子所共有----- 形成金属键（Au，Ag，Cu，Al）

        d.价电子在两种不同原子之间的部分共有和部分转移 ----- 形成混合键（GaAs）

半导体中化学键的性质要么是典型的共价键要么是或多或少含有共价键成分的混合键，所以共价键又称为半导体键

金刚石结构的各向异性

晶体中的某些物理，化学性质沿着不同的平面往往是不同的，这种现象称为各向异性

例如：

Si，Ge，GaAs 在外力的作用下，容易沿着某些特定的平面劈裂开来，这样的特性称为晶体的解理性

Ge，Si，GaAs 在化学腐蚀液中的腐蚀速度是各向异性的

金刚石结构的各向异性（二）

1. 晶向和晶面

晶体是由晶胞周期性重复排列而成，整个晶体或者整块晶体如同网格，称为晶格

组成晶体的原子（离子）重心位置称为格点，格点的总体称为点阵

在立方晶系当中，通常取某一格点为坐标原点称为O，再沿着立方晶胞当中三个相互垂直的边记作OA,OB,OC 作三个坐标轴，分别叫做X,Y,Z轴，这样构成一个直角坐标系，称为晶轴

其中OA,OB,OC的长度相等，为晶格常数 a

并以 a  来作为晶轴的长度单位，再取OA矢量为a矢量，OB为b矢量，OC为c矢量，称为基本矢量

简称基矢，这样晶轴就是确定的

 在晶格当中，连接任意两个格点可以做一直线，那么剩下的所有格点都必然位于和该直线平行等距的直线系上，我们把这样的直线系称为晶列

晶列的去向称为晶向

位移矢量可以在晶轴上作出投影 ，取某一个晶向在三个晶轴上的投影，取l1,l2,l3的互质整数，记作[mnp], 称 [mnp] 为晶列指数

若有负数，负号写在对应指数上方,对同类晶向，用 来表示,例如<100> 表示六个方向,[100]及其反方向，[010]及其反方向，[001]及其反方向，<111> 表示八个同类晶向，<110>表示12个同类晶向

晶体当中的所有原子（离子）也可以看作是位于一系列平行等距的平面系上，把这样的平面系称为晶面族

为了表示晶面，不能直接取截距，取晶面与三个晶轴的截距，记作 r , s , t 的倒数 ， 1/r,1/s,1/t的互质整数，即1/r:1/s:1/t = h:k:l 记作（hkl）,成（hkl）为晶面指数，或者是Miller指数，如有负号写在相应的指数上方，在一些晶体当中，同类晶面用 {hkl} 来表示，在立方晶系中，晶列指数和晶面指数相同的晶向和晶面之间互相垂直

立方晶系中主要晶向（晶面）之间的夹角，（hkl）{hkl} （hkl）与 {hkl} 或 [mnp] 与 之间的夹角

对于一个确定的100面 和同类的100面，0°或者90°

金刚石结构的各向异性（三）

讨论面间距的大小，单位面积上有多少原子，共价键的密度

1. 沿着<100>晶向和{100}晶面上的原子排列

金刚石结构是一个正立方体，把晶胞里的所有原子放在该晶面上

在金刚石结构中100面，以四分之一a为划分

a. 定义晶面间的垂直距离为面间距，{100}晶面间的面间距是 0.25 * a 

b. 定义单位面积上的原子个数为原子面密度

{100}晶面原子面密度，面积为a的平方，总共有五个面

第一个面有  1 + 4 *（ 1/4 ）个

第二个面 也有两个

第三个面 4 * （1/2）两个

.....

c. 定义单位面积上的共价键数目为共价键面密度

        {100} 晶面的共价键面密度

        共价键的面密度=原子面密度*2

d. 定义单位长度上的原子个数为原子线密度

        <100>晶向上的原子线密度 = 在a这个长度上有1个

        所以线密度为(1/a)

2. 沿着<110>晶向和{110}晶面上的原子排列

110晶面的面间距 四分之根号二a

3. 沿着<111>晶向和{111}晶面上的原子排列

面心立方的{111}面是密排面，ABCA将面心立方的空间对角线长度根号三a，分为三等分

设想ABCA与A'B'C'A'先相互重合，然后再沿着<111>方向，相互平移四分之一对角线长度