【摘要】：硅晶体为典型的共价键结合。硅原子轨道杂化以后，在SP3轨道上有4个未成对的价电子，这4个价电子分别与最邻近原子中的1个价电子配成自旋相反的电子对，形成4个共价键。硅晶体的半导体性质来源于它的共价键，如图3－28所示，它所有的价电子都束缚在共价键上，没有自由电子，不导电。只有受到激发后，部分价电子脱离共价键成为自由电子，才具有导电性能。激发脱离共价键束缚的电子越多，导电性越强。
硅晶体为典型的共价键结合。共价键结合有两个特点：饱和性和方向性。饱和性就是遵循泡利不相容原理，在每一个轨道上只能容纳两个自旋方向相反的电子，硅的最外层3S23P2电子按饱和性特点，两个S电子已经配对，不能与其他原子的电子配对形成共价键，只有两个P电子才能与其他原子的电子配对形成共价键，硅的化合价应为2价（见图3－28）。但事实上硅的化合价为4价，这可通过电子轨道杂化得到解释。根据杂化轨道理论，3S轨道上的两个电子受到激发可以跃迁到3P轨道上，形成4个新的SP3杂化轨道，1个SP3杂化轨道中包含1/4S和3/4P成分即3S13P3，如图3－27所示。硅原子轨道杂化以后，在SP3轨道上有4个未成对的价电子，这4个价电子分别与最邻近原子中的1个价电子配成自旋相反的电子对，形成4个共价键。对于方向性，轨道杂化后，每个电子都含有1/4的S成分和3/4的P成分，它们的性质是等同的，在结合4个硅原子分别处在正四面体的四个顶角上，它们之间的夹角为109°28′，即每个原子周围都有4个最邻近的原子，组成一个正四面体结构。
图3－26 轨道杂化前
图3－27 轨道杂化后
硅晶体的半导体性质来源于它的共价键，如图3－28所示，它所有的价电子都束缚在共价键上，没有自由电子，不导电。只有受到激发后，部分价电子脱离共价键成为自由电子，才具有导电性能。激发脱离共价键束缚的电子越多，导电性越强。这就是半导体导电的特性。
图3－28 硅晶体中的化学键
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