电子材料复习笔记

第一章 材料的结构 1． 材料的结合方式

金属键：自由电子与金属离子间的静电作用称为金属键

离子键：两种离子的强静电作用力：离子晶体；晶格能越大，离子晶体越稳定 共价键：共用电子对产生结合力（原子晶体、分子晶体）

注：离子键与共价键没有绝对的界限，化合物的键型与电性差有很大关系

离子极化：阳离子的电荷越高、半径越小，其极化能力越强；阴离子的负电荷越高、半径越大，其可极化性越大

范德华力：分子间通过静电引力结合；没有方向性，也没有饱和性。

氢键：质子给予体与强电负性原子X（O、N、F、Cl）结合，再与另一强电负性原子Y形成一个键的结合方式。如HF、HCl

物质的晶体类型：金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体。 共价键≈离子键 > 金属键 氢键 > 范氏键 2. 晶体学基础

晶体：三维空间，长程有序排列 非晶体：短程有序排列

液晶：一维或者二维近似长程有序，具有晶体与液体性质 多晶体：许多小晶粒组成，各向同性。 晶体特性：

①自范性：晶体自发地形成封闭的规则几何多面体外形能力的性质 ② 均一性：晶体在任一部位上都具有相同性质的特性 ③ 异向性：在晶体的不同方向上具有不同的性质 ④ 对称性：晶体的物理化学性质能够在不同的方向或者位置上有规律地重复出现的现象 ⑤ 稳定性：最小内能和最大稳定性 晶体的点阵理论：

点阵+结构基元=晶体结构 注：点阵反映晶体结构周期性的大小和方向；结构基元则反映了晶体结构中周期性重复的内容。 原胞：

固体学原胞：结点只在顶点位置，内部和面上都不含结点，体积最小，包含结点数为1，选取不唯一。

结晶学原胞：同时反映晶体结构周期性和对称性的最小重复单元；节点不仅在顶点，还可以在体心或面心的位置；包含节点数等于或大于1，选取唯一。 划分晶胞法则： ① 应反映点阵的周期性和对称性 ② 满足①的情况下，晶胞的边与边之间直角尽量多 ③ 在满足①②两个条件下，体积应最小

根据结点在晶胞中位置的不同可将其分为四类： 1、 简单晶胞 2、 底心晶胞 3、 体心晶胞 4、 面心晶胞

晶胞两要素——晶胞大小和形状（由点阵常数决定）、晶胞内部各个原子的位置坐标。

晶胞常数：a、b、c α、β、γ

我们拥有无限多的晶体结构，但是描述晶体结构的空间点阵只有14种，如何来解决这一矛盾呢？ 对称对称。。。 晶体的对称性

对称操作：旋转、反映、倒反、平移等 宏观对称性——描述晶体外形的对称性

理想晶体的外观是一种有限的几何对称图形。这种有限的对称图形就能通过某种操作使等同部分重合。由于在操作过程中总会有一点保持不动，所以也称为点对称性。 1. 旋转—旋转轴

对称元素：n次旋转轴，国际符号：n=1,2,3,4,6. 2． 反映—反映面 对称操作：M

对称要素：反映面，m 3. 反演—对称中心 对称操作：I 对称要素：i

4. 旋转—反演——反轴

对称操作：晶体绕某一固定轴旋转角度2π/n后，再经过中心反演，晶体能自身重合，称为旋转—反演。 ?????1,2,3,4,6 对称元素：n次旋转-反演轴，国际符号：

注：金刚石没有四次旋转轴也没有对称中心，但具有四次旋转—反演轴的对称图形。 具有n次旋转-反演轴的图形不一定具有n次旋转轴和对称中心。

具有n次旋转轴和对称中心的图形一定具有n次旋转-反演轴，但旋转轴和反轴是重合的。 独立的点对称操作只有：1，2，3，4，6，i，（其他宏观对称要素不外乎是这八种4 ，m。对称要素中的一种或几种的组合） 晶体的和宏观对称类型： 1、 群：某些具有相互联系规律的一些元素的集合。构成群的元素：字母、数目、对称操作、

点阵。

2、 对称群：晶体的对称元素及相应的对称操作所形成的群。 3、 点群：由宏观对称操作进行组合所构成的对称群称作点群。 我们一共有32种点群类型或者32种宏观对称类型。 点群一般只列写起主导作用的对称元素，其他的对称元素可以用这些主导元素推导出来。一般只用1—3个对称元素就可以表示。 如何根据对称性的特征来划分7大晶系？ 点群表示的是点阵结构外形的对称性吗？

记住：同一晶系中的最高对称类型反映了点阵的对称性，但考虑到晶体结构基元的对称性，就出现了同一晶系中，晶体结构的对称性会从最高对称性的点群到最低对称性点群的范围内不一致。

晶类得国际符号使用的对称元素为对称轴、对称面、反轴。点群符号中的对称元素符号不能随意更换位置。

Q：在点群符号中，如何辨别为序所代表的方向呢？——表格？

根据晶体的点群对称性，可以判明晶体有无对映体、旋光性、压电效应等

微观对称性——描述晶体内部结构的对称性 平移：

旋转—平移：螺旋轴

ns,表示晶体中的原子绕轴旋转2π/n角度后，再沿轴的方向平行移动

一定的距离，能够和相同的原子重合。S为小于n 的正整数，平移量τ=(s/n)t，t为点阵的单位矢量。

另注：s/n ≤ 1/2，为右螺旋 ? < s/n <1， 为左螺旋

s/n=1/2， 为左、右螺旋均可。

反映—平移：滑移反映面，晶体中的原子经过反映面得对称操作后，再沿平行于该面得某一个方向平移一定的距离，能够和相同的原子重合。根据平移矢量的不同，滑移反映面可以分为a、b、c、n、d五类。 空间群：由晶体结构的对称元素或对称操作所组合的对称群称为空间群。晶体结构的对称性包括宏观对称性和微观对称性。

宏观对称性的集合即是32点群；微观对称操作+32点群即是230种空间群。 空间群得国际符号：P、I、F、R、A、B、C（开头）；

空间点群与点群的转换：将滑移面转换为反映面；将螺旋轴转换为旋转轴 7大晶系、14种点阵、32种点群、230种空间群 第一章（2）典型的晶体结构

电负性：原子的电离能和亲和能之和。

应用：电负性相差很大——易产生电子转移形成离子化合物 电负性相差很小——易于产生电子对共用形成共价化合物 电负性相差不大——中间键型化合物

密堆积与配位数：用来衡量原子排列的紧密程度。配位数：晶体结构中各方向上与任一原子最近邻的原子数，原子半径越大，配位数越多。 密堆积：晶胞中原子所占的体积分数。

密堆六方：包含原子个数为6个；高度：1.663a 面心立方：包含原子个数为4个取的方式很诡异；

注：除此以外，还有立方密堆积，但不是最密堆积方式； 理论密度：离子Cu

同一离子随价态、配位数不同，离子半径将发生变化。 鲍林规则：

1. 通过离子半径比，可以得到正离子的配位负离子数。 2. 电价规则：可以确定负离子的正离子配位数

3. 配位多面体之间共用棱边的数目愈大，结构稳定性愈低。 根据化学式，离子晶体的典型结构分为：

ABO3型：钙钛矿型、钛铁矿型、方解石型； AB2O4型：尖晶石型（MgAl2O4等）； （注：正尖晶石中正离子A、B分别占据其四面体和八面体间隙）

第二章 晶体中的缺陷与扩散 1、质点排列偏离严格的周期性时 点缺陷：

大类：空位，杂质质点，间隙质点。

热缺陷： 1，弗伦克尔缺陷（形成金属填隙和金属空位） 2，肖特基缺陷（形成金属空位

和氧空位）

注：温度升高时，热缺陷的浓度增加；在温度不高的情况下，肖特基缺陷存在的可能性要比弗伦克尔缺陷的可能性大得多。 杂质缺陷：外加杂质所引起的缺陷

1． 替位式原子或离子 2.填隙式原子或离子 非化学计量比缺陷： 定义：组成偏离定比定律

特点：1，化学性质与化学计量比化合物没有多差别，但物理性质异常敏感。 2，电子电导介于金属和绝缘体之间，具有半导体性质。 3，化学组成可随周围气氛的性质及其分压大小而变化。 点缺陷的符号：克勒格尔—温克符号

注：1，撇为负电 2，点为正电

2，高价位取代低价位—正电 低价位取代高价位—负电 点缺陷的准化学反应式：

注：1，形成缺陷时，正负离子格点数之比保持不变，并非原子个数比保持不变。

2，形成缺陷时，填隙和电子、质子的产生对于格点数的多少无影响。

3，外加杂质，原子数增加，晶体尺寸增加；基质中原子逃逸到周围介质中时，晶体尺寸减小。

4，杂质进入基质晶体时，一般遵循杂质的正负离子分别进入基质的正负离子的位置的原则，这样，基质晶体的晶格畸变小，缺陷容易形成。在不等价替换时，会产生间隙质点或空位。

1． 肖特基缺陷反应方程式（MgO为例）：

2． 弗伦克尔缺陷反应方程式（AgCl为例）：

3． 气体进入晶体中形成缺陷（氧气进入MgO；Zn蒸汽进入ZnO晶体）：

4． 杂质缺陷（Li2O加入ZnO中；Y2O3加入ZnO中）：