Question

【題目】第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常稱(chēng)為高溫半導(dǎo)體材料�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

(1)基態(tài)Ga原子價(jià)層電子的軌道表達(dá)式為_________________________，第一電離能介于N和B之間的第二周期元素有_______種。

(2)HCN分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為_______，其中σ鍵的對(duì)稱(chēng)方式為___________。與CN—互為等電子體的分子為___________。

(3)NaN3是汽車(chē)安全氣囊中的主要化學(xué)成分，其中陰離子中心原子的雜化軌道類(lèi)型為_________。NF3的空間構(gòu)型為____________。

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導(dǎo)體材料，晶體類(lèi)型與晶體硅類(lèi)似，熔點(diǎn)如下表所示，分析其變化原因_________________________________________________________。

	GaN	GaP	GaAs
熔點(diǎn)	1700℃	1480℃	1238℃

(5)GaN晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。已知六棱柱底邊邊長(zhǎng)為a cm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。

① 晶胞中Ga原子采用六方最密堆積方式，每個(gè)Ga原子周?chē)�距離最近的Ga原子數(shù)目為_____________；

② GaN的密度為______________________g·cm3(用a、NA表示)。

Answer 1

【答案】 3 1:1 軸對(duì)稱(chēng) CO sp 三角錐形 原子半徑N< P< As，鍵長(zhǎng)Ga-N < Ga-P < Ga-As，鍵能Ga-N > Ga-P > Ga-As，故熔點(diǎn)降低 12

【解析】

(1)Ga原子價(jià)層電子有6個(gè)電子，4s能級(jí)上有2個(gè)電子，4p能級(jí)上有1個(gè)電子，其外圍電子排布圖為 ；同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢(shì)，但第ⅡA元素第一電離能大于第ⅢA元素，第ⅤA族的第一電離能大于第ⅥA族元素，所以第二周期中第一電離能順序?yàn)椋?/span>B＜Be＜C＜O＜N，第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有Be、C、O三種元素；

(2)單鍵是一個(gè)σ鍵，三鍵是一個(gè)σ鍵2個(gè)π鍵，通過(guò)HCN分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式H-C≡N可知含有2個(gè)σ鍵 2個(gè)π鍵，得出σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為1：1； σ鍵的對(duì)稱(chēng)方式為軸對(duì)稱(chēng)；等電子體是指具有相同價(jià)電子數(shù)目和原子數(shù)目的分子或離子，與CN-互為等電子體的分子為CO ；

(3) 氮原子形成單鍵時(shí)為sp3雜化，形成雙鍵時(shí)為sp2雜化，形成叁鍵時(shí)為sp雜化，N3-中心原子的雜化軌道類(lèi)型為sp ； NF3中N的雜化類(lèi)型為sp3，形成3個(gè)共用電子對(duì)，還有一對(duì)孤對(duì)電子，因而NF3的空間構(gòu)型為三角錐形；

(4)原子半徑N< P< As，鍵長(zhǎng)Ga-N < Ga-P < Ga-As，鍵能Ga-N > Ga-P > Ga-As，故熔點(diǎn)降低；

(5)從六方晶胞的面心原子分析，上、中、下層分別有3、6、3個(gè)配位原子，故配位數(shù)為12；六方晶胞中原子的數(shù)目往往采用均攤法：①位于晶胞頂點(diǎn)的原子為6個(gè)晶胞共用，對(duì)一個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/6；②位于晶胞面心的原子為2個(gè)晶胞共用，對(duì)一個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/2；③位于晶胞側(cè)棱的原子為3個(gè)晶胞共用，對(duì)一個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/3；④位于晶胞底面上的棱棱心的原子為4個(gè)晶胞共用，對(duì)一個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/4；⑤位于晶胞體心的原子為1個(gè)晶胞共用，對(duì)一個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1， GaN晶胞中Ga原子個(gè)數(shù)為6，晶胞中N原子個(gè)數(shù)為，所以該結(jié)構(gòu)為Ga6N6，質(zhì)量為6×84/NAg，該六棱柱的底面為正六邊形，邊長(zhǎng)為acm，底面的面積為6個(gè)邊長(zhǎng)為acm的正三角形面積之和，根據(jù)正三角形面積的計(jì)算公式，該底面的面積為cm2，如圖所示可知高為2倍的正四面體高，cm，所以體積為，密度為=。