1.2 半导体材料硅的结构特征

硅晶体属金刚石晶格结构，可以将其视为由两个面心立方晶格沿对角线方向 3 a4 位置处套构而成。硅晶体虽然是由同一种化学元素硅构成的，但其原子在晶格中的几何位置是不等价的。分析图1-1就会发现，两套面心立方格子上的每个原子都有4个最相邻的硅原子，而它们又都处于正四面体的顶点上，见图1-2，这是由硅的共价结构所决定的。

图1-1 硅单晶的面心立方晶格套构

图1-2 硅的四面体单位晶胞

图1-3所示为硅单晶体内硅原子沿<111>晶格取向的排列方式三维示意图。图中所选取的单元阵列具有重复性和周期性，符合晶体晶胞的选取原则。根据其架构特征，称其为硅的六棱柱晶胞。我们知道，硅单晶体属于金刚石结构，其晶胞可视为由两个面心立方晶胞沿着空间对角线相对位移套构而成。图1-4所示为硅<111>晶格取向的六棱柱晶胞原子架构的形象示意图，由图所示，原子面与原子面之间的面结构关系以及沿某特定取向上原子与原子间距的线间关系非常直观。观察硅晶体原子的排列，不难看出其各向异性特征。重要的是，硅单晶体的各向异性特征在晶体管和集成电路的制造过程中有着十分重要的应用。

图1-3 硅六棱柱晶胞三维示意图

图1-4 硅六棱柱晶胞原子架构图