半导体材料化学键(chemical bond in semiconductor)  

半导体材料物理基础之一，是晶体邻近两个或多个原子间的强烈的吸引力相互作用的结果。半导体中的化学键主要是共价键。它是由两个原子之间的一对自旋相反的共有电子形成的，具有饱和性和方向性。元素半导体材料中的化学键是纯共价键，化合物半导体材料由于异种原子间存在负电性差，共价键中有某种程度的离子性。在元素半导体材料中共价键导致价电子壳层的s和p轨道形成完全填满的闭壳层。在化合物半导体材料中至少在键合的两原子中有一个原子的价电子壳层的s和p轨道形成闭壳层，当原子组成晶体时，原子本身的势场受到周围原子的影响而产生微扰，原子的键合轨道通过线性组合形成杂化轨道。例如，硅在基态的电子排布是ls²2s²2p⁶3s²3p²只有两个可键合的3p轨道。微扰后能量相同的3s轨道与三个3p轨道杂化成电子云分布完全相同的四个新轨道。这样使得硅原子能与最近邻四个硅原子键合。键角均为109°28’。杂化所得的等价的四个新轨道称为sp³杂化轨道。它们对称地指向正四面体的顶角。在共半价结构中，定向的轨道指向最近原子，降低了占据的成键轨道的能量，电子进入杂化状态所付出的能量得到了补偿。大多数半导体结构中，每个原子处在四面体顶角点，形成四面体配位。硅、锗元素半导体材料的金刚石结构，砷化镓、磷化镓等化合物半导体材料的闪锌矿结构，以及出现在离子性较强的半导体材料(例如CdS和ZnO)的纤锌矿结构均是sp³键四面体配位。为完全占据定向的价轨道，每个原子平均需要4个价电子。这意味着可用结构公式A^NB^8-N描述Ⅳ族金刚石晶体、Ⅲ-V族闪锌矿晶体、或者不是闪锌矿就是纤锌矿结构的Ⅱ-Ⅵ和某些I-Ⅶ族晶体。式中A和B代表该半导体材料中的两个原子，N是原子A的价电子数。