據最近報導，BAs作為半導體材料，與Si晶體相比具有更高的電子空穴遷移率和更良好的導熱性，當前在應用領域得到廣泛重視。

首先看元素周期表這一區域截屏。

圖（1），Si局域元素周期表

在以Si為領軍的元素周期表這個“群體”中，第lVA族元素C、Si、Ge、Sn（α-Sn）都是金剛石型結構，分别屬于第2、3、4、5周期。BAs雖然不是金剛石型結構，但在晶體學上與其密切相關。

金剛石型結構，立方晶系，面心立方晶格，Fd3m（227）空間群，晶體結構如圖（2）所示。為了減少篇幅，原子的分數坐标就不寫了，原子都占據特殊等效點系，即沒有可變參數。在結構中，每個原子與近鄰原子都形成正四面體配位。

圖（2），金剛石型結構圖

對不同元素，該圖分别可以代表金剛石型C、Si、Ge、α-Sn晶體結構。但由于是不同原子，原子結構和性質不同，原子半徑不同，化學鍵不同，晶格常數a必将不同，依次按元素标出：

C：0.3566nm，

Si：0.5430nm，

Ge：0.5657nm，

α-Sn：0.6489nm。它們分别是絕緣體、半導體、灰錫。在元素周期表中，lVA族3周期的Si（化合價為ll，IV價）如同一個“挑擔者”，挑着ⅠIIA族2周期的B和VA族4周期的As。B的化學價為Ⅲ價，As的化學價為Ⅲ，Ⅴ價，這樣特定位置的兩種元素結晶成BAs，晶體結構似金剛石型占位，但又不是金剛石型結構，而是閃鋅礦型結構。可以這樣想象該結構：B和As形成兩個具有相同晶格常數，完全重合的面心立方結構，B“結構”沿面心立方結構晶胞的體對角線方向矢量平移了1／4（a＋b＋c）（實際是相互的），形成閃鋅礦型的BAs結構。其實金剛石型結構的C、Si、Ge、α-Sn也都可以這樣理解，但由于它們各自是同種原子，結果晶體結構的空間群是Fd3m。而BAs是兩種不同原子，結果就成了閃鋅礦型結構，見圖（3），面心立方晶格不變，在金剛石結構中微觀對稱性的d滑移面消失，轉變為4次旋轉反演軸，空間群轉變為F（-4）3m（216）。

圖（3），閃鋅礦型BAs晶體結構圖

在圖（3）BAs晶體結構圖中，紅色大球代表As，綠色小球代表B（沒小那麼多）。如果把As看成面心立方結構，一個晶胞形成8個四面體間隙，B占一半（4個）四面體間隙。就在沿面對角線上下層成十字交叉分布的4個四面體間隙中，分數坐标也不寫了。如将兩種原子占位互換，亦然如此。原子之間互為正四面體配位。

為了嘗試用晶體學數據計算原子半徑，和“同型”結構Si相比較，研究BAs形成的化學鍵。還用以前文章中用過的老辦法：把BAs立方晶胞看成2×2×2堆垛的8個小立方體，邊長為（1／2）a，B原子在其體心，體對角線方向As與B是“球”碰“球”，相當于As和B原子的直徑之和。BAs晶體的晶格常數為0.4777nm。計算出As和B原子的直徑和2R（As）＋2R（B）＝（1／2）a×√3＝0.5×0.4777×√3=0.23885×√3=0.41370nm。

查得As原子的共價半經為0.119nm。B原子的共價半徑為0.082nm。As和B直徑之和為2×（0.119 0.082）＝0.402。比用晶格常數算出的兩直徑之和小2.8%。

為了與共價鍵Si晶體相比較，以同樣兩種辦法計算Si的兩個原子直徑和。發現用查得共價半徑算出的比用晶格常數算出的結果小5.6%，小的更多。二者數據幾乎相等的是Ge，用晶格常數算出0.4899nm，用共價半徑算出0.4880nm。還有α-Sn，用晶格常數算出0.5612nm，用共價半徑算出0.5640nm。計算數據在《附錄》中列出。從列出的計算數據看到，（金剛石的算出數據與查表得到數據也是相同的。作者也沒搞清楚，共價鍵的C，原子有很好的球對稱性原因。）可以判斷，這類結構中，化學鍵金屬性，晶格常數計算與共價半徑計算會接近相等。說明BAs雖然是共價鍵，與Si相比有較大的金屬性。初步認為，這是BAs晶體比Si晶體有較高的電子空穴遷移率和較好的導熱性主要原因。

查表得到金屬鍵和共價鍵原子半徑，發現Ge和α-Sn的金屬半徑和共價半徑是相同的。Ge的金屬半徑為0.123nm，共價半徑為0.122nm。Sn的金屬半徑為0.140nm，共價半徑為0.140nm。

為了證明結果可信，選擇單質金屬晶體Cu，Ag，Al，用晶格常數計算出金屬半徑與查表得到的數據相同，證明上述BAs和Si以及Ge和α-Sn晶體的計算結果是可信的。

用晶格常數計算與查表計算得到BAs兩原子直徑與Si的兩原子直徑相比較，差值越小說明BAs晶體中原子形狀越接近球對稱性，含金屬鍵“成分”越多。有利于提高電子空穴遷移率，提高載流子量。

金屬鍵部分增多，也就解釋了導熱率更好。還可以從閃鋅礦型結構的BAs與Si晶體結構晶格振動不同解釋BAs良好的導熱性。前者是B和As，原子結構性質不同，一大一小，含部分金屬鍵。後者是Si和Si，大小相同，原子結構性質完全相同，典型的共價鍵。晶格振動不同，這種振動的相互作用不同，影響熱傳導性能。更深入解釋作者還不會。

這種分析有點粗糙，實際上晶體結構，原子性質及狀态，化學鍵綜合因素會是更複雜，影響晶格振動，提高電子空穴遷移率和導熱性能。以上分析僅供參考。

附錄

用晶格常數計算0.5a×√3；

兩原子直徑2×（R1＋R2）。

BAs：

0.5x0.477×√3＝0.414nm

2×（0.119＋0.082）＝0.402。

Si：

0.5×0.5430×√3＝0.470nm

4×0.111＝0.444nm。

C：0.5×0.3566×√3=0.309nm

4×0.077＝0.308nm。

Ge：

0.5×0.5657×√3=0.490nm

4×0.122＝0.488nm。

Sn：

0.5×0.648×√3＝0.561nm

4×0.141＝0.564nm。

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