半导体中的电子状态
半导体物理-第1章-半导体中的电子态
金刚石结构的(111) 面层包含了套构的原 子，形成了双原子层 的A层。以双原子层的 形式按ABCABC层排 列
金刚石结构的[100]面的投 影。0和1/2表示面心立方 晶格上的原子，1/4，3/4 表示沿晶体对角线位移1/4 的另一个面心立方晶格上的 原子。
2.每个原子最外层价电子为一个s态电子和三个p态电 子。在与相邻四个原子结合时，四个共用的电子对完全 等价，难以区分出s与p态电子，因而人们提出了“杂 化轨道”的概念：一个s和三个p轨道形成了能量相同 的sp3杂化轨道。之间的夹角均为109°28 ’。
3. 结晶学元胞为立方对 称的晶胞，可看作是两 个面心立方晶胞沿立方 体的空间对角线互相位 移了1/4对角线长度套 构而成。
Ψ(r,t) = Aexp[i2π(k ·r – v t)]
(3)
其中k 为波矢，大小等于波长倒数1/λ ，方
向与波面法线平行，即波的传播方向。得
能量：E = hν
动量：p = hk
（4） （5）
对自由电子，势能为零，故薛定谔方程为：
2
2m0
d 2 (x)
dx2
E (x)
(6)
由于无边界条件限制，故k取值可连续变化。即：与经 典物理（粒子性）得出相同结论。
能带形成的另一种情况
硅、锗外壳层有4个价电子，形成晶体时，产生SP杂化 轨道。原子间可能先进行轨道杂化（形成成键态和反键 态），再分裂成能带。
原子能级
反成键态
成键态
半导体（硅、锗）能带的特点
存在轨道杂化，失去能带与孤立原子能级的对应关系。 杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导 带，下能带称为价带。
半导体物理第1章 半导体中的电子状态
能带成因
当N个原子彼此靠近时，根据不相容原理 ，原来分属于N个原子的相同的价电子能 级必然分裂成属于整个晶体的N个能量稍 有差别的能带。
S i1 4 :1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 2
能带特点
分裂的每一个能带称为允带，允带间的能量范 围称为禁带
一.能带论的定性叙述 1.孤立原子中的电子状态
主量子数n:1,2,3,…… 角量子数 l：0，1，2，…（n－1）
s, p, d, ... 磁量子数 ml：0，±1，±2，…±l 自旋量子数ms：±1/2
n1
主量子数n确定后：n= 2(2l 1) 2n2 0
能带模型：
孤立原子、电子有确定的能级结构。 在固体中则不同，由于原子之间距离很近，相互
Ⅲ-Ⅴ族化合物，如 G a A S , I n P 等 部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化汞，碲化汞
等半金属材料。
1.1.3 纤锌矿型结构
与闪锌矿型结构相比 相同点 以正四面体结构为基础构成 区别 具有六方对称性，而非立方对称性 共价键的离子性更强
1.2半导体中的电子状态和能带
1.2.1原子的能级和晶体的能带
1.3半导体中电子的运动——有效质量
1.3.1半导体中的E(k)与k的关系 设能带底位于波数k，将E(k)在k=0处按
泰勒级数展开，取至k2项，可得
E (k)E (0 )(d d E k)k 0k1 2(d d k 2E 2)k 0k2
由于k=0时能量极小，所以一阶导数为0，有
E(k)E(0)1 2(d d2E 2k)k0k2
1.1.2 闪锌矿型结构和混合键
Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料 结晶学原胞结构特点 两类原子各自组成的面心立方晶格，沿
半导体物理复习资料
第一章 半导体中的电子状态1.导体、半导体、绝缘体的划分：Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。
2.电子的有效质量是*n m ，空穴的有效质量是*p m ；**np m m -=，电量等值反号，波矢k 与电子相同 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。
能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。
3.半导体中电子所受的外力dtdkh f ⋅=的计算。
4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
第二章 半导体中杂质和缺陷能级1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E D ；施主能级很接近于导带底；受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级E A ；受主能级很接近于价带顶。
施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。
深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。
深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。
3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。
在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As )掺入Ⅳ族杂质原子(Si )，Si 为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。
设315100.1-⨯=cm N A ，316101.1-⨯=cm N D ；则316100.1-⨯=-=cm N N n A D 由p n n i ⋅=2，可得p 值；①p n ≈时，近似认为本征半导体，i F E E =；②p n μμ=时，本征电导p n σσ=； p n >>时，杂质能级靠近导带底；第三章 半导体中载流子的统计分布1.费米分布函数(简并半导体)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=Tk E E E f F 0exp 11)((本征)；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=T k E E E f F 0exp 2111)((杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=T k E A E f B0exp )(；2.费米能级：TF N F E ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂==μ；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
半导体物理学 第一章__半导体中的电子状态
The End of Preface
第一章 半导体中的电子状态
主要内容：
1.1 半导体的晶格结构和结合性质 1.2半导体中电子状态和能带 1.3半导体中电子运动－－有效质量 1.4 本征半导体的导电机构－－空穴 1.5 常见半导体的能带结构 （共计八学时）
本章重点：
*重 点 之 一:Ge、Si 和GaAs的晶体结构
晶体结构周期性的函数 uk (x) 的乘积。
分布几率是晶格的周期函数，但对每个原胞的
相应位置，电子的分布几率一样的。 波矢k描述晶体中电子的共有化运动状态。
它是按照晶格的周期 a 调幅的行波。
这在物理上反映了晶体中的电子既有共有化的 倾向，又有受到周期地排列的离子的束缚的特点。
只有在 uk (x) 等于常数时，在周期场中运动的 电子的波函数才完全变为自由电子的波函数。
硅基应变异质结构材料一维量子线零维量子点基于量子尺寸效应量子干涉效应量子隧穿效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造通过能带工程实施的新型半导体材料是新一代量子器件的基宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料主要指的是金刚石iii族氮化物碳化硅立方氮化硼以及iivi族硫锡碲化物氧化物zno等及固溶体等特别是sicgan和金刚石薄膜等材料因具有高热导率高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点成为研制高频大功率耐高温抗辐射半导体微电子器件和电路的理想材料在通信汽车航空航天石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景
(1)元素半导体晶体
Si、Ge、Se 等元素
(2)化合物半导体及固溶体半导体
SiC
AsSe3、AsTe3、 AsS3、SbS3
Ⅳ-Ⅳ族
Ⅴ-Ⅵ族
化合物 半导体
InP、GaN、 GaAs、InSb、
半导体物理课件：第一章 半导体中的电子状态
14
1.1 半导体的晶格结构和结合性质
4. 闪锌矿结构和混合键
与金刚石结构的区别
▪ 共价键具有一定的极性 （两类原子的电负性不 同），因此晶体不同晶面 的性质不同。
▪ 不同双原子复式晶格。
常见闪锌矿结构半导体材料 ▪ Ⅲ-Ⅴ族化合物 ▪ 部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化汞，碲化汞等半金属材料。
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量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波 函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出 现几率最大的地方。电子的状态可用四个量子数 表示。 （主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数）
▪ 能级存在简并
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1.2 半导体中的电子状态和能带
▪ 电子共有化运动
原子中的电子在原子核的势场和其它电子的作用 下，分列在不同的能级上，形成所谓电子壳层 不同支壳层的电子分别用 1s;2s,2p;3s,3p,3d;4s…等符号表示，每一壳层对 应于确定的能量。
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1.2 半导体中的电子状态和能带
▪ 金刚石结构的第一布里渊区是一个十四面体。
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1.2 半导体中的电子状态和能带
3. 导体、半导体、绝缘体的能带
能带产生的原因：
▪ 定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相 互作用，使能级分裂形成能带。
▪ 定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中 运动，其能量不连续形成能带。
•结果每个二度简并的能级都分裂为二个彼此相距 很近的能级；两个原子靠得越近，分裂得越厉害。
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1.2 半导体中的电子状态和能带
▪ 内壳层的电子，轨道交叠少，共有化运动弱，可忽略 ▪ 外层的价电子，轨道交叠多，共有化运动强，能级分
半导体物理半导体中的电子状态
半导体物理半导体中的电子状态半导体物理：半导体中的电子状态在现代科技的宏伟画卷中，半导体无疑是一颗璀璨的明珠。
从智能手机到超级计算机，从新能源汽车到航天航空，半导体的身影无处不在。
而要深入理解半导体的奇妙特性，关键就在于探究半导体中的电子状态。
让我们先来了解一下什么是半导体。
半导体，顾名思义，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
常见的半导体材料有硅、锗等。
在半导体中，电子的行为和在导体、绝缘体中有着显著的差异。
在半导体晶体中，原子按照一定的规律紧密排列，形成晶格结构。
电子所处的能态不再是像在自由空间中那样连续分布，而是被分成一系列离散的能级，这些能级形成了所谓的能带。
能带可以分为导带和价带。
价带是能量较低的能带，其中的电子被原子束缚得较为紧密，一般情况下不能参与导电。
而导带是能量较高的能带，其中的电子能够在电场的作用下自由移动，从而形成电流。
在绝对零度时，半导体中的电子刚好填满价带，而导带中则没有电子。
随着温度的升高，部分电子会获得能量，从价带跃迁到导带，在导带中形成自由电子，同时在价带中留下空穴。
自由电子和空穴都能参与导电，这是半导体导电的关键机制。
半导体中的电子状态还受到杂质的显著影响。
杂质原子可以分为施主杂质和受主杂质。
施主杂质能够释放出电子，增加导带中的电子浓度；受主杂质则能够接受电子，增加价带中的空穴浓度。
通过控制杂质的种类和浓度，可以精确地调节半导体的导电性能，这就是半导体掺杂技术。
比如在硅晶体中掺入少量的磷元素，磷是五价原子，在与硅原子形成共价键时，会多出一个电子。
这个电子很容易进入导带，使硅成为 n 型半导体，电子成为主要的载流子。
而如果掺入少量的硼元素，硼是三价原子，会形成一个空穴，使硅成为 p 型半导体，空穴成为主要的载流子。
半导体中的电子状态还与晶体缺陷有关。
晶体缺陷会在能带中引入能级，影响电子的跃迁和导电过程。
此外，外电场的作用也会改变半导体中电子的状态。
当施加外电场时，电子和空穴会在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。
半导体物理第三章半导体中的电子状态
有化运动：2s能级引起“2s”的共有化运动，2p能级引起
“共2有p化”的运动。
2p
• 2s • • •
► 晶体中电子的运动
► 晶体中电子做共有化运动时的能量是怎样的？
a: 考虑一些相同的原子，当它们之间的距离很大时，可以 忽略它们之间的相互作用，每个原子都可以看成孤立的， 它们有完全相同的电子能级。如果把这些原子看成一个 系统，则每一个电子能级都是简并的。(2个原子构成的 系统，为二度简并（不计原子本身的简并时）；N个原 子构成的系统，为N度简并）。
b: 能带的形成：原子相互靠近时，由于之间的相互作用， 使简并解除，原来具有相同能量的能级，分裂成具有不 同能量的一些能级组成的带，称为能带。原子之间的距 离愈小它们之间的相互作用愈强，能带的宽度也愈大。 (图3.2)
• 原子能级和能带之间并不一定都存在一一对应的关系。 当共有化运动很强时，能带可能很宽而发生能带间的重 叠，碳原子组成的金刚石就是属于这种情况。(图3.3)
3：处于低能级的内壳层电子共有化运动弱，所以能级分裂小， 能带较窄；处于高能级的外壳层电子共有化运动强，能级分 裂大，因而能带较宽。
4：每个能带都是共有化电子可能的能量状态，称为允带；各允 带之间有一定的能量间隙，电子能量不可能在这一能量间隙 内，称之为禁带。
5：每个允带包含的能级数一般等于孤立原子相应能级的简并度 （不计自旋简并）× 组成晶体的原子数目。
设一维晶格长为L，
则有：
L
0
(
x
)
2
dx
1
( 归一化）
即：
L
0
2
A dx 1，
取A
1, L
则 ( x )＝
1 exp(ikx) L
第一章-半导体中的电子态
36
1、自由电子波函数和能量
E 2k2 2m0
自由电子能量与波矢的关系图
37
2、晶体中电子的波函数和能量
2、晶体中电子的波函数和能量
3、布里渊区和能带
E-k关系 晶体中电子处在不同的k状态,具有不同的能量E(k) 由于周期势场的微扰,在布里渊区边界处,能量出现不连
续,形成能带.
1.1.2 闪锌矿型结构与混合键
思考: 左图的一个晶胞包含几个原子?几个第III族原子?几个第V族原子?
14
1.1.3 纤锌矿结构 （Wurtzite structure）
II-VI族化合物、电负性差异较大的III-V化合物通常属于纤锌矿结构。 属六方晶系，AB型共价键晶体，其中A原子作六方密堆积（堆
d＝内d找xd到yd粒z子
的概率，则：
dW x, y, z,t CΨ x, y, z,t2 d
32
薛定谔方程
薛定谔方程
i
(r,t) [
2
2 V (r )] (r ,t)
t
2
拉普拉斯算符
2＝ 2 2 2 x2 y 2 z 2
薛定谔方程描述在势场 U(r)中粒子状态随时间的变化，也称微观粒子 波动方程。只要知道势场的具体形式就可求解该方程得到粒子波函数的 具体形式，从而得出粒子的运动状态和能量状态。
m m 由于价带顶的 * 0,因此 * 0
n
p
61
未满导带
对于不满带，只有部 分电子状态电子占据， 电子可以在电场的作 用跃迁到能量较高的 空状态，导致电子在 布里渊区状态中的分 布不再对称，形成宏 观电流。
62
有电场时导带电子能量和速度分布
导体
有未被填满的价带。
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第一章半导体中的电子状态半导体的独特物理性质，决定于其中的电子，而电子的状态与运动则与原子的结合方式和排列规则有关。
为了研究和利用半导体的这些物理性质，本章将简要介绍半导体单晶材料的电子状态及其运动规律。
研究固态晶体中电子状态的能带理论，已在固体物理学中比较完整地介绍过，本章仅作简要回顾，着重介绍几种重要半导体材料的能带结构。
§1.1半导体的晶格结构和结合性质从固体物理学中已经知道，固态晶体具有多种结晶形态，分属7大晶系14种类型。
结晶半导体大多数属于立方（cubic）晶系和六方（Hexagon）晶系，且都是四面体（tetradron）结构，只有少数半导体具有其他结构。
固体中原子的结合，归结为5种方式。
半导体中原子的结合以共价键为基础，化合物半导体包含有程度不等的离子键成分。
一、元素的电负性与原子的结合性质从固体物理学中已经了解到：由于金属元素的原子对其价电子的束缚能力很弱，当金属原子与金属原子凝聚在一起时，所有原子全部电离而公有全部自由了的价电子，靠这些公有电子形成的电子云的束缚而结合在一起；而当金属原子与很容易接受一个外来电子的卤族元素原子凝聚在一起时，金属原子电离出来的电子则一对一地被卤族原子所接收，从而分别成为正负离子，靠离子键结合在一起。
IV族元素的原子既不易失去其价电子也不易接受外来电子，当同种IV族元素的原子凝聚在一起时，相邻原子靠其公有价电子而结合在一起。
分子晶体的组成原子因其外层电子数为8，是一种具有球对称性的稳定封闭壳层结构，当这些原子凝聚在一起时，其价电子的分布不会有什么变化。
由此可见，原子以何种方式结合成固体，完全决定于其得到或失去电子的能力。
用电负性（electronegativity）来描述原子的这一能力。
1．电负性的定义原子吸引其在化学键中与另一原子之公有电子偶的能力，其值为原子的电离能与电子亲和能之和。
电离能指原子初次电离所需要的能量，亲和能则指中性原子获得一个电子所释放的能量。
2．一些元素的电负性及其变化规律一些元素的电负性(Pauling尺度)Li 1.00 Be 1.50 B 2.00 C 2.50 N 3.00 O 3.50 F 4.00Na 0.9 Mg 1.2 Al 1.5 Si 1.8 P 2.1 S 2.5 Cl 3.0Cu 1.9 Zn 1.6 Ga 1.6 Ge 1.8 As 2.0 Se 2.4 Br 2.8Ag 1.9 Cd 1.7 In 1.7 Sn 1.8 Sb 1.9 Te 2.1 I 2.5Au 2.4 Hg 1.9 Tl 1.8 Pb 1.8 Bi 1.9Phillips尺度(考虑了价电子屏蔽)Li 1.00 Be 1.50 B 2.00 C 2.50 N 3.00 O 3.50 F 4.00Na 0.72 Mg 0.95 Al 1.18 Si 1.41 P 1.64 S 1.87 Cl 2.1Cu 0.79 Zn 0.91 Ga 1.13 Ge 1.35 As 1.57 Se 1.79 Br 2.01 Ag 0.57 Cd 0.83 In 0.99 Sn 1.15 Sb 1.31 Te 1.47 I 1.63Au 0.64 Hg 0.79 Tl 0.94 Pb 1.09 Bi 1.24电负性变化的一般规律：价电子数相同的原子，电子壳层越多，电负性越小；电子壳层数相同的原子，价电子数越多，负电性越强。
3．电负性决定原子的结合性质就相同元素原子的结合而言，电负性小者倾向于金属键结合，电负性大者倾向于共价键结合（其中共价键数目较少者还须依靠范德瓦尔斯力实现三维的结合）（共价键数目的8－N法则）就化合物的结合而言，电负性差别较大的两种元素倾向于离子键结合；电负性差别不大的两种元素倾向于共价键结合，但公有电子向电负性较强的一边倾斜，因而具有一定的离子性，亦称混合键。
构成混合键的两种元素的电负性差别越大，其离子性越强。
二、共价结合与正四面体结构1．共价键的数目（配位数）元素型共价键晶体每个原子的共价键数目遵从8－N法则；化合物型共价键晶体每个原子的共价键数目等于其平均价电子数。
二元III-V族和二元II-VI族化合物的平均价电子数都是4，因而与IV族元素型共价键晶体一样，都是4个共价键，即每个原子都只有4个最近邻原子，即4配位。
2．正四面体结构是原子的四配位密排方式（Tetrahedron）这种结构的特点是：每个原子都与其四个最近邻原子构成一个正四面体，参考原子位于正四面体的中心，近邻原子位于正四面体的顶角，如图1—1(a)所示。
这种结构的周期性重复，即每个顶角原子也作为体心原子构成另外4个正四面体，即构成一个晶格点阵，如图1—1(b)所示。
体心原子与顶角原子的中心距即是原子间距，亦即键长，键长决定于两个相邻原子的半径。
4个顶角原子的方位角即键角；正四面体的4个键角相等，皆为109º28´。
键角、键长和配位数是原子排列的近程序的3个基本要素。
(a)正四面体结构（b）具有正四面体结构的晶格(c) 金刚石结构的晶胞图1-1 正四面体型晶格结构的元胞(a）和晶格(b)以及金刚石结构的晶胞(c)示意图注意：书中原图用黑白两种小球欠妥，其原意应是区分原子位置，而非代表不同原子。
此外，对图(b)中的边沿小球应如图(c)那样，用短线补足其余的键三、金刚石（Diamond）结构由同一种元素的原子按正四面体结构构成的立方点阵即金刚石结构，其结晶学原胞（晶胞）如图1-1(c)所示。
该突出反映立方对称性的晶胞，可以看作是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线相互位移l／4空间对角线长度套构而成。
原子在金刚石晶胞中的排列情况是：八个原子位于立方体的八个角顶上，六个原子位于六个面中心上，晶胞内部还有四个原子。
这就是说，一个金刚石结构的晶胞一共包含8个原子。
元素半导体金刚石、硅、锗和灰锡（ -Sn ）的晶体结构皆为金刚石型。
四、闪锌矿(Zincblende) 和纤锌矿（wurtzite ）结构1、闪锌矿结构闪锌矿是一种锌的硫化物，是锌的主要矿石形态。
在结晶学中，把由两种元素的原子按正四面体结构构成的立方系晶体点阵称作闪锌矿结构。
闪锌矿结构与金刚石结构的主要区别就在于两个相邻原子的性质不同。
在这种结构中，不同元素的原子分别占据四面体的体心和顶角位置。
其晶胞可以看成是由两个具有不同原子的面心立方晶胞沿立方体的空间对角线相互位移l ／4空间对角线长度套构而成的。
其晶胞的顶角和面心原子相同，而晶胞内部是四个异类原子。
即一个闪锌矿结构晶胞包含两种原子各4个。
2、纤锌矿结构纤锌矿是闪锌矿加热到1020℃时的六方对称型变体。
纤锌矿和闪锌矿的结构相近，也以正四面体结构为基础，但是由于双原子层的堆垛重复顺序不同，而具有六方对称性，而不是立方对称性。
在固体物理学中我们知道，单一种类原子的最密堆积方式是六角密集。
在这种堆积方式下，同一层面的原子均匀分布在一个最小单元为正三角形的点阵中，形成两种不同的原子间隙，一种间隙的尖角向下，另一种间隙的尖角向上，如图1-2中字母a 和b 所示。
为了实现最密的堆积，相邻的原子层必须以原子对间隙。
这样，一个参考原子层的上下两个相邻原子层只有两种对准方式：要么对准同一种间隙，要么各对准一种间隙；而其次近邻原子层也只有两种对准方式：要么隔着近邻原子层与其原子对原子、间隙对间隙，要么对准其近邻原子层空出的另一种间隙。
这样，在所有原子层的堆垛中存在、且只存在最多三种不同的对准关系。
如果我们分别用A ，B 和C 来标识这样三种具有不同对准关系的原子层面，即以A 表示参考层及与其原子对原子、间隙对间隙的其他等价原子层，以B 和C 分别表示以原子对间隙b 的原子层和以原子对间隙c 的原子层，则整个密堆积空间中的所有密排面都可分别用这3个字母或其中的两个来表示，从而写出密排面的堆垛次序。
显然，最简单的两种堆垛次序是ABCABC …和ABAB …。
按ABCABC 次序堆垛起来的原子排列属立方结构，如金刚石；按ABAB 次序堆垛起来的属六方结构，如金属锌。
对双原子层的堆垛情况与此相似（详见下面小节），按ABAB 的顺序就堆垛成六方对称的纤锌矿结构，按ABCABC 顺序就堆垛成立方对称的闪锌矿结构。
由化学元素周期表中的Ⅲ族元素硼、铝、镓、铟和Ⅴ族元素氮、磷、砷、锑交相化合而成的16种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和IV 族化合物碳化硅都具有闪锌矿型晶体结构，但4种氮化物和碳化硅也可具有纤锌矿型结构。
由化学元素周期表中的Ⅱ族元素锌、镉、汞和Ⅵ族元素硫、硒、碲化合而成的Ⅱ-Ⅵ族化合物，除硒化汞、碲化汞是半金属外都是半导体，它们大部分同时具有闪锌矿型结构和纤锌矿型结构。
3、碳化硅的同质异晶型（polytype ）化学组成完全相同的不同晶体结构，称为同质异晶型（Polytype ）。
碳化硅是Polytype 最多的半导体，据说有200多种，实验证明的也有170余种。
对碳化硅的原子排列，需要从Si -C 双原子层的堆垛顺序，即将双原子层作为一个整体的堆垛顺序来考虑。
Si -C 双原子层的基本结构单元由3个Si 原子和位于这3个Si 原子围成的正三角形之中心正上方的1个C 原子构成，如图1-3下半部所示。
这个单元的二维周期性延伸即构成一个完整的Si -C 双原子层。
其他各双原子层也应是图1-2 同种原子的密排面abSi 原子在下、C 原子在上，且由下面一层的C 原子与上面一层的Si 原子成键，将两个双原子层键合在一起。
因而单就结构单元的键合而言，就形成了如图1-3所示的相向套构在一起的两个正四面体，即上面结构单元的一个Si 原子与下面结构单元的3个Si 原子和1个C 原子构成一个顶角朝上的正四面体；下面结构单元的1个C 原子则与上面结构单元的3个C 原子和1个Si 原子构成一个顶角朝下的正四面体。
如果将下面的双原子层作为参照层，则上面的双原子层中的三个C 原子是可以围绕其对称轴作刚性旋转的，因而这些C 原子在参照层的Si 原子平面上的投影可有两种不同的位置，分别如图1-4中的三角标志和方块标志所示。
这就是说，双原子层同样可以按堆垛时的对准关系标识为A 、B 、C 。
按ABCABC 顺序堆垛而成的即是闪锌矿结构，就碳化硅而言即3C-SiC ；按ABAB 顺序堆垛而成的即是纤锌矿结构，对碳化硅而言就是2H-SiC 。
对双原子层的堆垛来说，除了相邻两层不可以同种原子相接而外，其他对准关系都是有可能的。
因而从理论上说，只要将AA 、BB 、CC 这3种情况排除在外，在一个重复周期中包含任意多个A 、B 、C 双原子层的任意组合都是可能的。
这将产生无数种同质异晶型，譬如2H-SiC 、4H-SiC 和6H-SiC 等等，如图1-5所示。