Question

【題目】第三代半導體材料氮化鎵(GaN)適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常稱為高溫半導體材料。回答下列問題：

(1)基態Ga原子價層電子的軌道表達式為_________________________，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鍵的數目之比為_______，其中σ鍵的對稱方式為___________。與CN—互為等電子體的分子為___________。

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

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

	GaN	GaP	GaAs
熔點	1700℃	1480℃	1238℃

(5)GaN晶胞結構如下圖所示。已知六棱柱底邊邊長為a cm，阿伏加德羅常數的值為NA。

① 晶胞中Ga原子采用六方最密堆積方式，每個Ga原子周圍距離最近的Ga原子數目為_____________；

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

Answer 1

【答案】 3 1:1 軸對稱 CO sp 三角錐形 原子半徑N< P< As，鍵長Ga-N < Ga-P < Ga-As，鍵能Ga-N > Ga-P > Ga-As，故熔點降低 12

【解析】

(1)Ga原子價層電子有6個電子，4s能級上有2個電子，4p能級上有1個電子，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的增大而呈增大的趨勢，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為：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σ鍵，三鍵是一個σ鍵2個π鍵，通過HCN分子的結構簡式H-C≡N可知含有2個σ鍵 2個π鍵，得出σ鍵與π鍵的數目之比為1：1； σ鍵的對稱方式為軸對稱；等電子體是指具有相同價電子數目和原子數目的分子或離子，與CN-互為等電子體的分子為CO ；

(3) 氮原子形成單鍵時為sp3雜化，形成雙鍵時為sp2雜化，形成叁鍵時為sp雜化，N3-中心原子的雜化軌道類型為sp ； NF3中N的雜化類型為sp3，形成3個共用電子對，還有一對孤對電子，因而NF3的空間構型為三角錐形；

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

(5)從六方晶胞的面心原子分析，上、中、下層分別有3、6、3個配位原子，故配位數為12；六方晶胞中原子的數目往往采用均攤法：①位于晶胞頂點的原子為6個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/6；②位于晶胞面心的原子為2個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/2；③位于晶胞側棱的原子為3個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/3；④位于晶胞底面上的棱棱心的原子為4個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/4；⑤位于晶胞體心的原子為1個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1， GaN晶胞中Ga原子個數為6，晶胞中N原子個數為，所以該結構為Ga6N6，質量為6×84/NAg，該六棱柱的底面為正六邊形，邊長為acm，底面的面積為6個邊長為acm的正三角形面積之和，根據正三角形面積的計算公式，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=。