1.晶体材料

物质分为晶体（单晶，多晶）和非晶体。材料中原子的组织结构是导致材料不同的一种方式。有些材料，例如硅和锗，原子在整个材料里重复排列成非常固定的结构，这种材料称为晶体。图2.12所示为晶体石。

图2.12　晶体石

原子没有固定的周期性排列的材料被称为非晶体或无定形，塑料就是无定形材料的例子。

非晶指原子排列无序，如图2.13所示。

图2.13　非晶原子排列

晶胞：是长程有序的原子模式最基本的实体。晶胞是三维结构中最简单的由原子组成的重复单元，如图2.14所示。

图2.14　晶胞

单晶：晶胞在三维方向上整齐地重复排列；多晶体：晶胞排列不规律。多晶和单晶结构如图2.15所示。(www.daowen.com)

图2.15　多晶和单晶结构

晶体结构的原子排列如图2.16所示。

图2.16　晶体结构的原子排列

2.硅晶体结构

硅的晶胞是共价四面体，处在硅立方体顶角和面心的原子构成一套面心立方格子，处在体对角线上的原子也构成一套面心立方格子。因此可以认为硅晶体是由两套面心立方格子沿体对角线位移1/4长度套构而成的。这种晶胞称为金刚石型结构的立方晶胞，如图2.17所示。每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。这四个原子分别处在正四面体的顶角上，任一顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为该两个原子所共有，组成4个共价键，它们之间具有相同的夹角（键角）为109°28′，是立方对称的晶胞。原子在晶胞中排列的情况是：8个原子位于立方体的8个角顶上，6个原子位于6个面中心上，晶胞内部有4个原子。立方体顶角和面心上的原子与这4个原子周围情况不同，所以它是由相同原子构成的复式晶格，如图2.18所示。

图2.17　硅的正四面体结构示意图

图2.18　硅的复式晶格电子照