单晶硅的晶体结构建模与能带计算实验报告

单晶硅 (其它典型半导体)的晶体结构建模与能带计算

注:本教程以Si为例进行教学，学生可计算Materials Studio库文件中的各类半导体。

一、实验目的

1、了解单晶硅的结构对称性与布里渊区结构特征； 2、了解材料的能带结构的意义和应用；

3、掌握Materials Studio建立单晶硅晶体结构的过程； 4、掌握Materials Studio计算单晶硅能带结构的方法。

二、实验原理概述 1、能带理论简介

能带理论是20世纪初期开始，在量子力学的方法确立以后，逐渐发展起来的一种研究固体内部电子状态和运动的近似理论。它曾经定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点，并进而说明了导体与绝缘体、半导体的区别所在，了解材料的能带结构是研究各种材料的物理性能的基础。

能带理论的基本出发点是认为固体中的电子不再是完全被束缚在某个原子周围，而是可以在整个固体中运动的，称之为共有化电子。但电子在运动过程中并也不像自由电子那样，完全不受任何力的作用，电子在运动过程中受到晶格原子势场和其它电子的相互作用。晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能量值。能量愈大，线的位置愈高。孤立原子的电子能级是分立和狭窄的。当原

多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

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7 多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

名 称： 单晶硅

英文名： monocrystalline silicon 分子式： si

单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅲa族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅴa族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于

常州单晶硅项目可行性报告

投资分析/实施方案

常州单晶硅项目可行性报告

单晶硅产品自2015年开始逐步扩大市场份额。近年来，单晶组件在我国光伏组件出口总量中所占比例逐渐增加的趋势开始得到遏制，目前单晶多晶出口比例基本维持在6：4的比例，单晶组件仍占据大部分市场份额。从主要出口目的地国家的角度来看，出口日本、荷兰、澳大利亚的光伏组件以单晶居多，这些国家更偏向高效组件产品，我国单晶出口比例的上升与荷兰市场的开辟有着直接关系。巴西、印度则具有价格导向型市场的特征，以多晶组件占据大多数。

该单晶硅棒项目计划总投资12647.05万元，其中：固定资产投资9557.86万元，占项目总投资的75.57%；流动资金3089.19万元，占项目总投资的24.43%。

达产年营业收入30764.00万元，总成本费用23417.97万元，税金及附加277.51万元，利润总额7346.03万元，利税总额8636.79万元，税后净利润5509.52万元，达产年纳税总额3127.27万元；达产年投资利润率58.08%，投资利税率68.29%，投资回报率43.56%，全部投资回收期3.80年，提供就业职位609个。

报告针对项目的特点，分析投资项目能源消费情况，计算能源消费量

并提出节能

第40讲 晶体结构与性质

基础题组

1.(2017课标Ⅰ,35,15分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题: (1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为 nm(填标号)。 A.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5

(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是 ,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是 。

++(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I3离子。I3离子的几何构型为 ,中心原子的杂化形式

为 。

(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为 nm,与K紧邻的O个数为 。

(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于 位置,O处

晶体结构与晶体中的缺陷习题

1、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9％。

解：设球半径为a，则球的体积为4/3πa3，求的z=4，则球的总体积（晶胞）4×4/3πa3，

33立方体晶胞体积：(22a)?162a，空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%，

空隙率=1-74.1%=25.9%。

2、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。 解：ρ=m/V =1.74g/cm3，V=1.37×10-22。

3、 根据半径比关系，说明下列离子与O2-配位时的配位数各是多少? 解：Si4+ 4； K+ 12； Al3+ 6； Mg2+ 6。

4、一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为M，密度是8.94g/cm3。试计算其晶格常数和原子间距。 解：根据密度定义，晶格常数

a0?34M/(6.023?1023?8.94?0.906?10?8M1/3(cm)?0.0906M1/3(nm)

原子间距= 2r?2?(2a/4)?0.0906M1/3/2?0.0641M1/3(nm)

5、 试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。解：面心立方晶胞：V?a0?(22R)3?162R3

单晶硅纳米力学性能的测试

　　　　　　　　　OpticsandPrecisionEngineering　　　　　　　

2009年7月　　　Jul.2009

文章编号　10042924X(2009)0721602207

第17卷　第7期

　光学精密工程

Vol.17　No.7

单晶硅纳米力学性能的测试

赵宏伟1,杨柏豪2,赵宏健3,黄　虎1

(1.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;2.北京航天计量测试技术研究所力学室,北京100076;

3.浙江大学材料与化学工程学院,浙江杭州310027)

摘要:对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法。结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试。实验发现,在载荷为1000mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,,为15.7GPa。

关　键　词:单晶硅薄片;纳米力学;纳米压痕;硬度;中图分类号:TN304.07　　文献标识码propertiesofsin

ICSD Inorganic Crystal Structure Database 无机晶体结构数据库

CSD The Cambrige Structural Database System 有机晶体结构数据库 CCDC 有机物结构数据库

二、掌握群的定义及其本质，了解晶体点群与空间群的一般概念 群是按照某种规律相互联系的一些元素的集合。必须满足以下四个条件：1封闭性群中任意两个元素的乘积，必为群中的一个元素； 2单值性群中元素的乘积满足结合律：A(BC)=(AB)C 3可逆性群中每个元素都存在逆元素：XX-1=X-1X=E

4存在单位元素E：E与任何元素相乘，得到其本身：EX=XE=X 群的本质不在于构成群的元素是什么，而在于它们必须服从上述四条规则。

点群一般用于研究有限图形的对称性，对称元素有限且必相交于一点。

结晶学空间群，即“空间对称操作(元素)系”，就是能使三维周期物体(无限大晶体)自身重复的几何对称操作的集合。构成空间群的这些操作的集合构成数学意义上的群。空间群是保持晶体不变的所有对称操作(包括点群操作、平移以及它们的联合)的集合。

空间群总共有230种。其中不包含滑移面或螺旋轴的有73种，称为简单空间群；其余15

单晶硅太阳电池工艺

P型单晶硅太阳电池 工艺

单晶硅太阳电池工艺

目录 Test wafers Texturing Cleaning before diffusion Diffusion Edge isolation and remove PSG PECVD Screen printing and firing SE solar cells introduce

joe

单晶硅太阳电池工艺

来料检验

现在有的电池生产公司会有这 道生产工序，因为优质硅片在市场上 常常处于“有价无市”的状态，缺货 严重，许多硅片制造商经常会用硅棒 的“头尾料”来以次充好，卖给下游 电池制造商，所以加上这道工序用来 检验硅片的质量。 此道工序主要检验硅片的厚度、 少子寿命、表面平整度、是否有微裂 纹、电阻率、表面油污等，同时具有 插片功能，可将硅片插入25片一盒的 晶片盒中。我所知的设备供应商是韩 国的fortix公司。这种设备插片速度不 是很快，所以平时也只是用来做抽查 检验，大部分硅片还是手工插入晶片 盒流入下一工序。3

joe

单晶硅太阳电池工艺

texturing 第二道工序是制 绒。为了提高单晶硅 太阳电池的光电转换 效率,工业生产中通 常采用碱

第三章 分子结构与晶体结构

一.选择题

1、下列化合物熔点高低顺序为（ ）。

（A）SiCl4＞KCl＞SiBr4＞KBr （B）KCl＞KBr＞SiBr4＞SiCl4 （C）SiBr4＞SiCl4＞KBr ＞KCl （D）KCl＞KBr＞SiCl4＞SiBr4 2、下列物质在水溶液中溶解度最小的是（ ）。 （A）NaCl （B）AgCl （C）CaS （D）Ag2S

3、在下列各种晶体熔化时，需要破坏共价键的是（ ），只需克服色散力的是（ ）。 （A）SiCl4 （B）HF （C）Ag （D）NaCl （E）SiC 4、下列化合物熔点高低顺序为（ ）。 （A）SiO2＞HCl＞HF （B）HCl＞HF＞SiO2

（C）SO2＞HF＞HCl （D）HF＞SiO2＞HCl

5、乙醇的沸点（78℃）比乙醚的沸点（35℃）高得多，主要原因是（ ）。 （A）由于相对分子质量不同 （B）由于分子极性不同 （C）由于乙醇分子间存在氢键 （D）由于乙醇分子间取向力强 6、下列微粒半径由大到小的顺序是（ ）。

（A）Cl 、K

金属的晶体结构

1、金属的晶体结构

金属在固态下原子呈有序、有规则排列。

晶体有规则的原子排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡。

晶体特点： （1）有固定熔点，

（2）原子呈规则排列，宏观断口有一定形态且不光滑 （3）各向异性，由于晶体在不同方向上原子排列的密度不同，所以晶体在

不同方向上的性能也不一样。

三种常见的晶格及分析

（1）体心立方晶格：铬，钒，钨，钼，α-Fe。1/8*8+1=2个原子

（2）面心立方晶格：铝，铜，铅，银，γ-Fe。1/8*8+1/2*6=4个原子

（3）密排六方晶格：镁，锌。6个原子?用以描述原子在晶体中排列的空间格子叫晶格

体心立方晶格 面心立方晶格

密排六方晶格

2、金属的结晶

结晶的概念：金属材料通常需要经过熔炼和铸造，要经历有液态变成固态的凝固过程。金属由原子的不规则排列的液体转变为规则排列的固体过程称为结晶。

结晶过程 ：不断产生晶核和晶核长大的过程 冷却曲线：

过冷现象：实际上有较快的冷却速度。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，过冷度。 金属结晶后晶粒大小

一般来说，晶粒越细小，材料的强度和硬度越高，塑性韧性越