SiO2 分子是由一种硅原子和两种氧原子组成的化合物，也称为 二氧化硅。它的分子结构是类似于晶体的三维网状结构，其中硅原子 位于中心，周围围绕着四个氧原子，形成四面体的结构。每个氧原子 与两个硅原子相连，从而形成无限的链状结构。这种结构非常紧密， 而且具备极高的化学稳定性和物理稳定性，因此被大范围的应用于工业和 科学领域。同时，SiO2 分子结构也是一种很重要的地球化学成分， 是地壳中最常见的矿物之一。
⼆氧化硅晶体中，硅原⼦的4个价电⼦与4个氧原⼦形成4个共价键，硅原⼦位于正四⾯体的中⼼，4个氧原⼦位于正四⾯体的4 个顶⾓上。化学式SiO2，式量60.08。也叫硅⽯，是⼀种坚硬难溶的固体。它常以⽯英、鳞⽯英、⽅⽯英三种变体出现。从地 ⾯往下16千⽶⼏乎65％为⼆氧化硅的矿⽯。天然的⼆氧化硅分为晶态和⽆定形两⼤类，晶态⼆氧化硅主要存在于⽯英矿中。纯 ⽯英为⽆⾊晶体，⼤⽽透明的棱柱状⽯英为⽔晶。⼆氧化硅是硅原⼦跟四个氧原⼦形成的四⾯体结构的原⼦晶体，整个晶体⼜ 可以看作是⼀个巨⼤分⼦，SiO2是最简式，并不表⽰单个分⼦。⼆氧化硅晶内Si原⼦均以sp3杂化，分别与4个O原⼦成键，构 成Si-O四⾯体（如图B所⽰）并占据四⾯体中⼼位置，配位数为4；O位于四⾯体的⾓顶。
晶体结构属于等轴晶系，对称型为3L44L36L29PC，点如图A、B所⽰的SiO
群为m-3m，空间群为中⼼对称。在⼆氧化硅晶胞中，有8个硅原⼦位于⽴⽅晶胞的8个⾓顶，有6个硅原⼦位于晶胞的6个⾯ ⼼，还有4个硅原⼦与16个氧原⼦在晶胞内构成4个硅氧四⾯体，它们均匀错开排列于晶胞内。
SiO2 是一种常见的氧化物材料，它的晶胞参数对于理解其晶体结构和性质是 很重要的。在这篇文章中，我们将探讨 SiO2 晶胞参数的意义以及其与 SiO2 晶 体结构的关系。
晶胞参数是描述晶体结构的基本信息参数，它包括晶格常数和晶胞中原子之间的空 间关系。在一维晶体中，晶胞参数通常只有一个，即晶格常数。而在二维和三维晶 体中，晶胞参数则需要更加多的参数来描述晶体的结构。
对于 SiO2 这样的二维晶体，其晶胞参数能够最终靠两个晶格常数和一个夹角来 定义。晶格常数是指晶体中相邻两个晶胞之间的距离，而夹角则是指相邻两个晶胞 的位置关系。
SiO2 有多种晶体结构，最常见的是石英和水晶，它们都属于四方晶系。在石 英晶体中，SiO2 的晶胞参数为 a=b＝c，夹角为 90°。而在水晶中，SiO2 的晶胞参 数为 a=b＝c，夹角为 120°。
这两种晶体结构的晶胞参数的不同导致了它们的物理性质和化学性质的差异。 例如，石英晶体由于晶胞参数中的夹角为 90°，使得其晶格结构更紧密，因此具有 较高的硬度和抗腐蚀性。而水晶晶体的晶格结构则更加开放，因此其透明度和光学 性质更好。
SiO2 的晶体及转化 SiO2 在常压下有七个变体(modification) 和一个非晶型变体，即 β-石英，α-石英，γ-鳞石 英(tridymite) ，β-鳞石英，α-鳞石英，β-方石英(cristobalite)，α-方石英和石英玻璃。上述各变 体间的转变可分为两类： 第一类是石英、鳞石英、方石英之间的转变，属重建型转变。由于所需活化能大，转变 温度高而缓慢，转变温度通常是由晶体表面逐渐向内部进行，并伴随有较大的体积效应。有 矿化剂存在时可显著加速转变，无矿化剂时实际上不能转变。有时可通过急冷使高温中稳定 的晶型在室温下也能存在。 第二类是上述变体的亚种 α、β、γ 型的转变，属于位移型转变。由于它们在结构上差别很 小，因此转变是在一个确定温度下一定要发生的，转变快，而且是可逆的。并伴随有比重建 型转变小的体积效应。 α-石英在 870℃较慢地转变为 α-鳞石英。研究表明，此种慢转变必须在长时间缓慢加热， 原料经细粉碎，有强的助熔矿化剂（如钨酸钠 Na2WoO4）存在的条件下才能实现。这表明鳞 石英的生成和存在必须有杂质离子（或矿化剂）存在。由于 SiO2 各种变体的晶体结构不同， 其密度不同，它们在转变过程中有体积效应产生。在某些方面完全转变时体积变化值如表 2-6 所示。从表 2-6 中看出快速转变时所发生的体积变化比慢速转变时所发生的体积变化小，其中 以鳞石英型转变时体积变化较小，方石英型较大。方石英的熔点 1713℃，鳞石英是 1670℃， 而石英是 1600℃，但鳞石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错 的网络状结构，因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。当硅砖中有残余石英存在时， 由于在使用中它会接着来进行晶型转变，体积膨胀较大，易引起砖
o SiO2 系统晶相图 SiO 是硅酸盐系统中最基本的系统，它是一个具有多晶转变的典型 2 氧化物。二氧化硅是自然界分布极广，其最普遍的状态是 β,石英，以石英 砂、硅石以及各种水晶的形式广泛的分布在岩石中。二氧化硅用途很广泛。β,石 英可做压电晶体用在各种换能器上，石英玻璃可做光学仪器，由于其耐高温、化学 稳定性良好也可做石英坩埚。以鳞石英为主晶相的硅砖是一种重要的耐高温材料， 用于冶金和玻璃工业。SiO 的单元相图对上述很多材料 2 的制备和使用有着重要的指导作用。 (1)SiO 相图的基本内容(见图) 2
SiO2 在常压下的相图是由芬奈研究后于 1913 年发表的。这个相图所标温度实 际都是在 101(325kPa 下的各转变温度。也就是说实验工作是在常压下进行的。各 变体的蒸气压极小，压力轴(纵轴)并不表示真正的压力数值，画出来的曲线仅仅表 示气温变化时压力变化的趋势。从图中可知 SiO2 在常压下当气温变化时可以有七 种晶相，一种液相，一种气相。实线表示稳定状态，虚线表示亚
稳状态。通过基本类型的学习我们大家可以看出实线代表的变体之间的转变是可逆 的，同温度下，虚线代表的变体向实线代表的变体的转变是不可逆的。
SiO2在常压下有七个变体(modification) 和一个非晶型变体,即β-石英,α-石英,γ-鳞石英(tridymite) ,β-鳞石英,α-鳞石英,β-方石英(cristobalite),α-方石英和石英玻璃。上述各变体间的转变可分为两类:
第一类是石英、鳞石英、方石英之间的转变,属重建型转变。由于所需活化能大,转变温度高而缓慢,转变温度通常是由晶体表面逐渐向内部进行,并伴随有较大的体积效应。有矿化剂存在时可显著加速转变,无矿化剂时实际上不能转变。有时可通过急冷使高温中稳定的晶型在室温下也能存在。
第二类是上述变体的亚种α、β、γ型的转变,属于位移型转变。由于它们在结构上差别很小,因此转变是在一个确定温度下一定要发生的,转变快,而且是可逆的。并伴随有比重建型转变小的体积效应。
α-石英在870℃较慢地转变为α-鳞石英。研究表明,此种慢转变必须在长时间缓慢加热,原料经细粉碎,有强的助熔矿化剂(如钨酸钠Na2WoO4)存在的条件下才能实现。这表明鳞石英的生成和存在必须有杂质离子(或矿化剂)存在。由于SiO2各种变体的晶体结构不同,其密度不同,它们在转变过程中有体积效应产生。在某些方面完全转变时体积变化值如表2-6所示。从表2-6中看出快速转变时所发生的体积变化比慢速转变时所发生的体积变化小,其中以鳞石英型转变时体积变化较小,方石英型较大。方石英的熔点1713℃,鳞石英是1670℃,而石英是1600℃,但鳞石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构,因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。当硅砖中有残余石英存在时,由于在使用中它会接着来进行晶型转变,体积膨胀较大,易引起砖体结构松散,综上所述,一般希望烧成后硅砖中含大量鳞石英,方石英次之,而残
某些晶体（如SiO2单晶体结构）或多晶陶瓷（如钛 酸钡，锆钛酸铅即PZT系列陶瓷），①当沿着一定方 向收到外部作用力作用时，内部就产生极化现象，同时在某 两个表面上产生符号相反的电荷，形成电场；②当外 力去掉后，又恢复到不带电状态；③当作用力方向改 变时，电荷的极性也随着改变；④晶体受力所产生的 电荷量与外力的大小成正比。上述现象称为正压电效 应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产 生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为逆
压电式传感器大都是利用压电材料的正压电效应 制成的。在电声和超声工程中也有利用逆压电效 应制作的传感器。压电转换元件受力变形的状态 可分为图6-1所示的几种基本形式。
但由于压电晶体的各向异性，并不是所有的压电 晶体都能在这几种变形状态下产生压电效应。例 如石英晶体就没体积变形压电效应。但它具有 良好的厚度变形和长度变形压电效应。
SiO2 的结构和性质、无定形、结晶、掩蔽作用、 生长动力学（计算题） ，消耗 Si 的量，Grove 模型（记住结论性的方程式） 氧化时间长短区域，A、B 分别表示什么、决定氧化速度的因素（记住结论性的几点） 热氧化的杂质再分布（了解） ， 杂质扩散的机构，杂质分布：高斯分布、余误差分布（计算题） ：结深、梯度、Q、 扩散方程，影响因素（记住结论性的几点） 离子注入的概念、特点、和扩散的对比，电子碰撞和核碰撞的图像清楚， 投影射程，分布特点，横向效应（不用记住方程） ，热退火的目的 真空蒸发、溅射的基础原理和概念，此章主要是概念 CVD 的概念，模型，图像（质量输运限制区域、反应速度限制区域） Grove 模型的计算， PVD 和 CVD 的覆盖性的比较（注意 LPCVD，PECVD，APCVD 的比较） 外延的概念，基础原理，自掺杂效应， 外延材料的掺杂和多晶硅掺杂的对比：外延主要是原位掺杂，多晶硅是扩散和离子注入 硅烷的热分解外延 光刻的基本概念和步骤，光刻胶的性质（对比度） ，光学系统的分辨率， 光刻中的现象（驻波效应，邻近散射）和解决方案 曝光形式的种类及其对比（特点，分辨率等） 湿法刻蚀的概念和应用，干法刻蚀（溅射、等离子体、反应离子刻蚀）的概念和特点（选 择性，各向异性） Al 互连的应用（尖楔，电迁移）及其解决方案 Cu 互连（大马士革，双大马士革） ，CMP 工艺集成的流程 希望对大家起到一定的帮助，祝大家期末取得好成绩！
