固体有晶体和非晶体之分。晶体具有一定的外形、固定的熔点，更重要的是组成晶体的原子(或离子)在至少是μm量级的较大范围内都是按一定的方式规则排列而成的。晶体又分为单晶与多晶，单晶是指整个晶体主要由原子(或离子)的一种规则排列方式所贯穿，常用的半导体材料硅、锗、砷化镓等都是单晶。其中硅和锗为元素半导体，砷化镓称为化合物半导体。多晶则是由很多小晶粒(每个可以看成单晶)杂乱地堆积而成的。除晶态半导体外，尚有非晶态半导体，如非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有在μm量级的较大范围内都是按一定的方式规则排列，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列。二维情形下的非晶、多晶和单晶示意图如图1所示。
对于单晶硅来说，它由硅原子组成，通过两个原子间共有一对自旋相反配对的价电子把原子结合成晶体。如前所述，这种依靠共有自旋相反配对的价电子所形成的原子间的结合力，称为共价键。由共价键结合而成的晶体称为共价晶体，硅和锗都是典型的共价晶体。共价键具有饱和性和方向性。饱和性是指每个原子与周围原子之间的共价键数目有一定的限制。硅和锗等IV族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最邻近的原子数)只能是4。方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°，这种正四面体称为共价四面体，显然其是正四面体，在几何领域中也称为阿基米德固体，如图2a所示。如果将其放置到一个正方体中，将一个硅原子放置到正方体的中心位置，其他4个硅原子放置到正方体的顶点，则可以形成如图2b所示的情况。
图3 硅的晶胞示意图
图2中，原子间的连线表示共有一对价电子，线的方向表示共价键方向。共价四面体中，如果把原子粗略看成圆球，并且最邻近的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。单纯依靠图2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图3画出了由多个共价四面体所组成的一个硅晶体结构的晶胞(或称为元胞)，称为金刚石结构晶胞，它是一个正立方体，整个硅晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成的。不难发现，金刚石结构晶胞中有8个原子。该正立方体的边长称为晶格常数，图中用a来表示。表1给出了几种金刚石结构晶胞的晶格常数。
晶体是由晶胞周期性重复排列构成的，整个晶体就像网格，称为晶格，组成晶体的原子(或离子)的重心位置称为格点，格点的总体称为点阵。对硅这种具有金刚石结构的立方晶系，通常取某个格点为原点，再取立方晶胞的三个互相垂直的边OA、OB和OC为三个坐标轴，称为晶轴，则硅的晶胞可如图4所示，图中OA、OB和OC长度就是晶格常数a，一般以a作为晶轴的长度单位。OA、OB和OC称为晶胞的三个基本矢量，用a、b、c表示。
图4 晶体的晶轴
通过晶格中任意两格点可以作一条直线，而且通过其他格点还可以作出很多条与它彼此平行的直线，而晶格中的所有格点全部位于这一系列相互平行的直线系上，这些直线系称为晶列，晶列的取向称为晶向。晶格中的所有格点也可看成全部位于一系列相互平行等距的平面系上，这样的平面系称为晶面族。
在硅的晶体中，有3个晶面和3个晶向是最重要的。图5画出了立方晶系的这些晶面和晶向。图中，数字相同的晶面和晶向是垂直的，比如(100)垂直于[100],(111)垂直于[111]。
图5 晶体中重要的3个晶向和3个晶面
这些晶面和晶向对于制作半导体器件是很重要的。借助于更生动的图形表达方式，图6中的透视图举例说明了立方晶体的三个重要的不同种类的平面。
图6 立方晶体的透视图
文章来源：三菱电机半导体
