固體材料的結(jié)晶性質(zhì)

在自然界中的固體材料要“整塊”形成結(jié)晶排列是極不容易的，因此上一小節(jié)所討論的原子排列都是在非常特殊的條件下才會(huì)存在(不然鉆石就不會(huì)那么稀有而珍貴了)，在一般的情況下不可能整塊材料形成結(jié)晶，而是以其他方式存在，固體材料真實(shí)的原子排列情形可以分成單晶(Single crystal)、多晶(Polycrystal)、非晶(Amorphous)三種。

單晶(Single crystal)
如果整塊固體材料都形成結(jié)晶，則稱為“單晶(Single crystal)”。

如＜圖1-13(a)＞所示，可以將圖中的正方格想像成原子，我們將立體的原子排列簡(jiǎn)化成平面的正方格來(lái)表示，由圖中可以看出整塊固體中的每一個(gè)原子都排列得很整齊。

在科技產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用上，常常使用人工成長(zhǎng)的矽晶圓(矽單晶)或砷化鎵晶圓(砷化鎵單晶)來(lái)制作產(chǎn)品，主要是因?yàn)閱尉Ч腆w的原子排列得很整齊，因此電子在流過(guò)單晶固體時(shí)比較容易，即導(dǎo)電性較好，使得元件的運(yùn)算速度較快，

此外，單晶固體的硬度高、品質(zhì)好，具有所有固體材料的優(yōu)點(diǎn)，唯一的缺點(diǎn)就是制作不易，價(jià)格極高。

在自然界中的固體材料要“整塊”形成結(jié)晶極為困難，因此碳在自然的情況下都是石墨而非鉆石，只有埋藏在很深的地底(高溫)，
并且受到地殼擠壓(高壓)的嚴(yán)苛條件下才會(huì)形成鉆石結(jié)構(gòu)，要滿足這些條件的機(jī)率不高，

因此大自然的鉆石產(chǎn)量很少價(jià)格昂貴。如果要以人造的方式對(duì)碳固體施加高溫高壓，使碳原子排列成鉆石結(jié)構(gòu)結(jié)晶，則可以生長(zhǎng)出品質(zhì)較差的鉆石，

這種技術(shù)首先由sl發(fā)明，故稱為“sulian鉆”，鉆石是目前地球上已知硬度最高的物質(zhì)，因此工業(yè)上常利用人造鉆石來(lái)進(jìn)行切割(例如：鉆石刀)或研磨(例如：鉆石砂紙)。

“鉆石刀”是在刀具的表面成長(zhǎng)一層鉆石薄膜(制作方法將在后面詳細(xì)描述)，利用鉆石薄膜硬度高的優(yōu)點(diǎn)可以輕易地切割其他材料；“鉆石砂紙”是將人工方式成長(zhǎng)出來(lái)的鉆石粉末混合強(qiáng)力膠(環(huán)氧樹脂)涂布在紙張上，

可以用來(lái)研磨其他材料，使材料的表面光滑，這種加工技術(shù)稱為“研磨(Milling)”或“拋光(Polish)”，關(guān)于拋光的原理與應(yīng)用將在第3章積體電路產(chǎn)業(yè)中詳細(xì)說(shuō)明。

一般我們常聽(tīng)到的“寶石(Stone)”或“水晶(Crystal)”指的就是單晶，由于不同原子排列而成的單晶會(huì)有不同的顏色，因此通常會(huì)以其顏色來(lái)命名，例如： “藍(lán)寶石(Sapphire)”為氧化鋁的單晶，“石英(Quartz)”為二氧化矽的單晶等，