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半导体物理：第三章力学性质
1. 引言
2. 晶格振动
3. 弹性
4. 解理
1
2. 晶格振动：三维晶体
• 对于三维晶体，单原子base，有3N个运动方程，因此最后有三个声
学支：一个LA声子模，两个TA声子模。
• 当base包含p个原子，将有3个声学支，3(p-1)个光学支，总数是3p.
• 对于base包含两个原子的情况，比如闪锌矿结构、纤锌矿结构，就
有三个声学支，三个光学支。
• 右图是fcc晶体的布里渊区。
• 下面是金刚石、Si、锡、GaAs
和GaN的例子：
2
金刚石的声子谱
• 实线是计算结果，点是实验结果。
3
硅的声子谱
• 实线是计算结果，点是实验结果。
4
锡（alpha-Sn ）的声子谱
• 实线是计算结果，点是实验结果。
5
GaAs （zb ）的声子谱
• 实线是计算结果，点是实验结果（12K）。
6
2. 晶格振动：三维晶体
• Si和GaAs的声子谱的主要区别是：
– Si （IV族半导体）在X点的声学支与光学支简并，在GaAs （III-
V半导体）中这个简并消除了，原因是III-V半导体中的不同质
量。
– 在BZ中心点，Si换成GaAs，导致LO和TO简并的消除，原因是键
的离子特性和长波LO声子导致的宏观电场。
– 在110方向传播的TA声子的简
并消除，因为两个横向(001
和1-10)不等价了。
7
BN （zb ）的声子谱
• 实线是DFT计算结果，点是实验结果。
8
GaN （wz ）的声子谱
• 实线是计算结果，点是Raman散射实验结果。
9
纤锌矿晶体中不同声子模的原子位移
• 纤锌矿晶体结构（右图），其中
对应不同声子模的原子位移见下
图：
• Fig. 5.8. Displacement of
atoms for various phonon
modes in wurtzite crystals.
Adapted from [258]
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