主题：【原创】半导体基础知识 -- 南越

各位当心，错的地方都是我信手写的，要找对的地方那就得去看书了，可现在书错的也多，那就只有各位自个当心！

2. 有关的基础知识之一

硅Si，它是14号元素，也就是说有14个电子，先问一下有没有量子力学的大牛在此啊？没有我就放心的说啦。

电子在运动中有粒子性又有波动性，量子力学中粒子的运动状态就用波函数来描述，对一个原子来说能量是稳定的，这时的电子‘存在’的位置和其相对应的能量份额就可由那个有名的薛定谔数学方程式来表示出。实际的计算就得用原子结构最简单的氢原子来算，得出的结果是电子运动状态（说“存在位置”可能易理解点）由n, l, m 这三个叫量子数的来确定的。n是决定体系能量的叫主量子数，表示着电子所在的主层，常用的就是高中的化学书上写的K, L, M, N来表示。l 叫角量子数表示着电子所在的主层里的分层，而且满足l = n – 1这个关系，l = 0用s, l = 1 用p, l = 2 用 d, l =3 就是 f 来表示。也许您就听说过铁，钴和稀土类过渡族元素被称为3d,4f元素吧。m 就是磁量子数；再结合那泡利不相容原理（一个轨道只能住两个电子），我们记住n层中最多只能容纳2n2 个电子。那K, L, M, N层的电子数就分别是2，8，18，32个哪，也就是说K, L, M, N层中分别拥有1，4，9，16， n2 个电子轨道。

看到这，还要补充说的是薛定谔方程无法导出的称为自旋量子数ms, 它表示的是一个轨道也相当于一个房间里的两个电子的各自只能按相反的方向自旋；如果房间里只有一个电子，那这电子的运动（spin）就相当于电流，由此就解释了Fe, Co和稀土金属这些3d,4f元素能用于做磁性材料的原因。现在在研究中的MRAM(磁阻存储器)用也就是用这电子的spin 来实现存储的。

这时我们再来看下图显示的Si的电子结构

14个电子的排列是1s2 2s2 2p6 3s23p2 ， 那第三层的4个电子就会按系统能量最低的原则发生叫sp杂化来的，以把这4个独自自旋的电子与相邻的原子的电子来形成稳定的共价键，也就是说一个Si原子位于中心通过共价键与周围最近的4个原子结合而构成了正四面体，由此得到的Si的晶体结构就是下图所示的金刚石构造

晶体学的专家们就说它是由两个完全相同的面心立方体整体错开边长的1/4 二迭加成的。您能看得出来吗？

为何要说到晶体呢，因为上面用量子力学只是解说了原子的电子构造，做半导体的可多是晶体，晶体中电子又是如何运动的？