固体晶格结构

半导体单晶材料由大量原子周期性重复排列而成，每个原子包含原子核和电子，正常来说可以写出原子核和电子的薛定谔方程，求出物理性质，但这是个复杂的多体问题，不可能求出严格解，只能用单电子近似法，研究固态晶体中的电子能量问题。

1.1 半导体的晶格结构

1.1.1 金刚石型结构和共价键

大量的硅、锗等元素在自然界中主要以金刚石型结构存在。它们每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个如图所示的正四面体结构。

四面体结构的共价晶体中，4个共价键不是以孤立原子的电子波函数为基础形成，而是以s态和p态波函数的线性组合为基础，构成所谓的“杂化轨道”，即以一个s态和三个p态组成的$sp^3$杂化轨道为基础形成的。互相之间的夹角都是109°28'。