안녕하세요 물리는 무리야 입니다.
이전 포스팅에서 결정질에 가까울수록 좋다고 하였는데 그렇다면 결정을 이루기 위한
원자들의 결정구조에 대해서 알아볼 필요가 있습니다.
금속의 결정구조는 제일 간단한 구조이며, 가급적이면 조밀하게 충진(구멍따위를 메꾸는 것)되려고 합니다.
그이유는
- 결정시 보통 한가지 원소로 되어 있어서 원자 반경이 모두 같습니다.
- 비방향성 결합입니다
- 가장 인접한 원자와의 거리가 최소가 되어야 결합에너지를 낮춰 안정해 질 수 있습니다.
- 전자운(Electron cloud)이 금속원자 이온코어를 차폐해주기 때문입니다.
규칙적으로 반복되는 모습을
체적 혹은 셀(cell)
이라고 합니다.
셀은 변의 길이와 변 사이의 각도에 따라서 7가지로 구분할 수 있습니다.
가장 기본적인 단위셀에 대해서 소개하자면
1.단순 입방 구조 (SC)
단순 입방 구조는 단위셀 안에 원자 1개가 들어갑니다. (1/8개씩 8개)
조밀 충전 방향은 변방향 입니다.
조밀 충전 방향이란 원자들을 딱딱한 공으로 생각하고 결정 구조대로 공이 닿도록 놓았을 때 공이 서로 닿는 방향입니다.
배위수는 6입니다.
배위수란 원자와 접촉하는 인접한 원자의 수입니다.
충진률(Atom Packing Factor, APF)은 약52%입니다.
충진률이란 단위 셀에서 고체 구체가 차지하는 부피 분율입니다.
충진률은 단위셀 속 원자의 수와 원자의 부피를 곱하고 단위셀의 부피로 나누면 됩니다.
Po 만이 유일하게 단순 입방 구조를 갖습니다.
2. 체심 입방 구조 (BCC)
체심 입방 구조는단위셀 안에 원자 2개가 들어갑니다. (1/8개씩 8개, 중심에 1개)
조밀 충전 방향은 중심을 지나는 대각선 방향 입니다.
배위수는 8입니다.
충진률(Atom Packing Factor, APF)은 약68%입니다.
Cr, W, Fe, Ta, Mo ➔ 높은 융점과 고강도의 특성을 보입니다.
3. 면심 입방 구조 (FCC)
면심 입방 구조는단위셀 안에 원자 4개가 들어갑니다. (1/8개씩 8개, 면 1/2개씩 6개)
조밀 충전 방향은 면을 지나는 대각선 방향 입니다.
배위수는 12입니다.
충진률(Atom Packing Factor, APF)은 약74%입니다.
Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag ➔ 높은 전기전도도를 보입니다.
이외에 많은 주요 반도체의 기본결정 구조는 다이아몬드 격자 구조 입니다.
Si, Ge, C 가 다이아몬드 격자 구조를 가지고 있습니다.
각 격자점이 동일한 원자(Si,Ge,C등으로 채워진 결정)입니다.
위 그림과 같이 1개의 대각선 원자가 3개의 면심과 1개의 꼭짓점 원자와 결합하는 모양입니다.
격자점 하나와 면에 있는 부격자 3개가 모든 축(x축, y축, z축)방향으로 1/4씩 이동한 지점에
또다른 부격자 점이 있는 구조입니다.
구성 원자가 서로 다른 경우 다이아몬드 격자 구조를
섬아연광(Z, zinc blende) 격자 구조라고 합니다.
부격자의 구성 원자가 서로 다른 결정이고
InP, GaAs가 대표적인 예시입니다.
입방체 구조가 아닌 육방정계인 경우에는
섬유아연광(W, wurtzite) 격자 구조라고 합니다.
이 구조는 부격자 일부를 주기율표상의 동일 족 원소로 대치가 가능 합니다.
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