晶體與晶格

晶格常數(lattice constant)

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想想一堵磚牆,每塊磚都一樣大。一旦你知道單塊磚的長度,你就知道從一塊磚的邊緣到下一塊相同邊緣有多遠,也知道整堵牆是怎樣按比例鋪開的。晶體也有同樣的固定重複距離,它的數值——一個重複步子的大小——就是晶格常數。

晶格常數,是一個晶胞稜的長度——晶體圖案據以重複的那段固定距離。一個簡單立方晶體用單獨一個晶格常數來描述,通常記作a;對稱性較低的晶體則需要更多數字(不同的稜長和夾角)才能把晶胞完全定下來。這些距離極其微小,通常只有零點幾奈米、幾個原子那麼寬,而它們靠繞射極精確地測出——繞射把散射X射線的角度換算成確切的間距。

晶格常數之所以重要,是因為它是晶體最基本、最可測的數字之一,而它的微小變化會帶來重大後果:它決定了材料的密度,會隨溫度升高、晶體膨脹而略微變大,並且在為雷射器和晶片而把一層晶體生長到另一層之上時,必須仔細地匹配。需要誠實指出的是:晶格常數並非絕對固定——它隨溫度和壓強「呼吸」、在受力時形變、在摻入雜質時偏移——所以任何報出的數值,總是附帶著特定的條件。

矽的晶格常數約為0.543奈米。晶片製造商必須生長晶格常數與之幾乎匹配的其他材料,否則失配會累積出應變和缺陷,毀掉元件。

生長在矽上的層必須匹配它0.543奈米的重複距離,否則會生出缺陷。

單獨一個數字a,只能完整描述最對稱的那類晶胞,比如立方的。對稱性較低的晶體需要多達六個參數——三條稜長加三個夾角——它們合稱晶格參數。

又稱
lattice parameter晶格参数