Diamond Cubic   다이아몬드 입방정, 다이아몬드 단위격자, 다이아몬드 결정구조

(2021-10-21)

Diamond Structure, 다이아몬드 구조, 실리콘 원자 밀도, 섬아연광

1. 다이아몬드 입방정계 (Diamond Cubic system)                   ☞ 단위격자의 기하학적 형태 참조

  ㅇ 특징
     - 화학결합 종류 : 공유결합
     - 각 원자배위수 : 4
     - 기본 결정구조 : 기본적으로 FCC(면심입방) 구조
     - 큰 단위 셀 당 유효 원자 수 : 8개
     - 원자 충진율 : 0.3401
     - 해당 원소 例) 실리콘(Si),게르마늄(Ge),탄소(C) 등


  ㅇ 작은 단위 셀 : 작은 사면 입방체 (Small Tetrahedral Cubic)
     - 각 원자들이 4개의 공유결합에 의해 결합하고, (배위수 : 4, 즉, 4 nearest neighbors)
     - 정 사면체(Tetrahedron) 형태를 갖음                                ☞ 분자 기하 구조 참조

         

     * 작은 단위 셀의 특징
        . 셀 당 유효 원자 수 : 2개 = 4개 모서리 (1/4) x 4 + 1개 내부 원자 (1) x 1


  ㅇ 큰 단위 셀 : 큰 사면 입방체 (Large Tetrahedral Cubic) 
     - 작은 입방체(사면체)들이 모여서 큰 입방체(Cubic)가 만들어지도록 단위 셀을 선택
        . 큰 입방체는 8개의 작은 사면 입방체(Tetrahedral Cubic)를 포함하나, 
        . 이 중 4개 만이 실제 사면체를 형성함
        . 즉, 큰 입방체 내 실제 4개의 원자는, 작은 사면 입방체 중심에 있는 원자들임
            

     - 작은 사면 입방체의 모서리에 위치한 원자는, 면심 입방 격자점(FCC)에 해당
        . 즉, 1개의 대각선 상의 원자가, 3개의 면심 원자와 1개의 꼭지점 원자와 결합한 모양
        . 따라서, 면심 입방 결정구조의 특별한 형태로 볼 수 있음
        


2. 다이아몬드 입방정계의 특징

  ㅇ 기본적으로 FCC 구조이나, 
     - FCC 구조가 (a/4,a/4,a/4) 만큼 대각선 평행이동하여,
     - 연이어 서로 엇갈려 위치한 형태  
       

  ㅇ 큰 단위 셀의 특징
     - 셀 당 유효 원자 수
        . 8개 = 8개 모서리 (1/8) x 8 + 6개 면 (1/2) x 6 + 4개 내부 원자 (1) x 4
     - 인접 원자 간 거리 : (√3/4)a 
     - 원자 반지름 : (√3/8)a 
     - a : 격자상수
     - 원자 충진율(APF) : 0.3401
     - 원자 수 밀도 : 8/a3

  ㅇ 例) (온도 : 300 K) 원자 수 밀도
     * Si(실리콘)일 경우에,  a ≒ 5.43 []
        . 8/(5.43x10-8)3 ≒ 5×1022 [atoms/㎤]
     * Ge(게르마늄)일 경우에,  a ≒ 5.65 []
        . 8/(5.65x10-8)3 ≒ 4.41×1022 [atoms/㎤]
     * C(탄소)일 경우에,  a ≒ 3.57 []
        . 8/(3.57x10-8)3 ≒ 17.6×1022 [atoms/㎤]


3. 섬아연광(Zincblende) 결정구조다이아몬드 결정구조 내부 구성 원자가 서로다른 경우 
     
  ㅇ 例) GaAs(갈륨비소), InP, GaP 등


[주요 결정구조 특징] 1. 체심 입방(BCC) 2. 면심 입방(FCC) 3. 조밀 육방(HCP) 4. 다이아몬드 입방정 5. 배위수 6. 원자 충전율
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          1.   1. 체심 입방(BCC)
              2. 면심 입방(FCC)
              3. 조밀 육방(HCP)
              4. 다이아몬드 입방정
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