1. 실험 제목Crystal structure2. 실험 목적① Orbit Molecular Model을 이용하여 FCC, BCC, HCP의 structure를 관찰한다.② 다이아몬드 결정구조를 이해한다.3. 이론적 배경① 7 Crystal System축 길이와 축간 각에 특정한 값을 부여하여 여러 형태의 단위격자를 만들어 낼 수 있다. 결정학자들은 모든 공간격자를 만들어 내기 위해서는 다른 형태의 7가지 단위격자만이 필요하다는 것을 제시하였다.ㅇ 입방정계 (Cubic or Isometric)a＝b＝c, α＝β＝γ＝90˚ㅇ 정방정계 (Tetragonal)a＝b≠c, α＝β＝γ＝90˚ㅇ 사방정계 (Orthorhombic)a≠b≠c, α＝β＝γ＝90˚ㅇ 삼방정계 (Rhombohedral,trigonal)a＝b＝c, α＝β＝γ ≠90˚ㅇ 단사정계 (Monoclinic)a≠b≠c, α＝γ＝90˚≠βㅇ 육방정계 (Hexagonal)a=b≠c, α＝β＝90˚,γ＝120˚ㅇ 삼사정계 (Triclinic)a≠b≠c, α≠β≠γ≠90˚② 14 Bravais 격자7개의 결정계 중 많은 결정계가 기본 단위정의 변형된 형태를 가진다. A. J. Bravais는 7개의 결정계 및 격자점 위치 구분 4가지 방식을 결합시켜, 실존 가능한 결정구조 형태를 14개로 규격화할 수 있음을 보였다.ㅇ 입방체,정육면체 (Cubic)-단순 입방 (simple cubic,sc)-면심 입방 (face-centered cubic,fcc)-체심 입방 (body-centered cubic,bcc)ㅇ 육방정 (Hexagonal)-단순 육방정 (simple hexagonal)ㅇ 정방정 (Tetragonal)-단순 정방정 (simple tetragonal)-체심 정방정 (body-centered tetragonal)ㅇ 사방정 (Orthorhombic)-단순 사방정 (simple orthorhombic)-체심 사방정(body-centeredorthorhombic)-면심 사방정 (face-centere orthorhombic)-저심 사방정 (base-centered orthorhombic)ㅇ 단사정 (Monoclinic)-단순 단사정 (simple monoclinic)-저심 단사정 (base-centered monoclinic)ㅇ 삼사정 (Triclinic)- 단순 삼사정 (simple triclinic)③ APF (Atomic Packing Factor)원자충진율(APF) 이란 unit cell 내에서 원자구들이 차지하는 부피의 비율을 뜻한다.원자충진율 ={단위격자`내`원자의`체적} over {단위격자의`체적}④ 다이아몬드 결정구조다이아몬드의 결정 구조는 반복되는 구조로 원자 배열이 특정 재료의 강도를 강하게 하는 데 쓰이고 있다. 다이아몬드가 이러한 예로 쓰이는 반면에 다른 4족 원소 또한 이러한 구조를 갖는데, 예컨대 주석, 실리콘 반도체, 게르마늄, 실리콘/게르마늄 합금 등의 특정 부분일지라도 적용된다. 다이아몬드 결정 구조는 다이아몬드 입방(diamond cubic) 결정 구조를 따른다. 격자는 반복되는 패턴으로 설명된다. 다이아몬드 결정 구조에서 이러한 격자는 각 단위당 특색 있는 2개의 사면체로 결합된 원자를 갖게 되는데 단위 정의 각 면의 1/4만큼 침입하였다. 결정의 모양은 팔면체이다. GaAs, β-SiC, InSb와 같은 많은 화합물 반도체는 비슷한 섬아연광 구조를 지닌다. 이에 해당하는 각각의 원자는 다른 원자와 상호작용한다. 섬아연광 공간군은 다이아몬드 구조와 매우 비슷한 구조적인 특성을 가지고 있다.4. 실험 장비Orbit Molecular Model5. 실험 방법Orbit Molecular Model을 사용하여 FCC, BCC, HCP의 structure를 이용에 맞게 만든다.6. 실험 결과ㅇ 체심 입방 격자 (FCC)·원자량= (8×{1} over {8}) + 3 = 4ㅇ면심 입방 격자 (BCC)ㅇ조밀 충진 육방 격자 (HCP)·원자량=2 LEFT [ (4 TIMES {1} over {6} )+(4 TIMES {1} over {12} )+ {1} over {2} RIGHT ] +3=6ㅇSi (다이아몬드 격자)·원자량=`2 LEFT [ (8 TIMES {1} over {8} )+3 RIGHT ] =8#·원자량= (8×{1} over {8}) + 1 = 27.실험 고찰Orbit Molecular Model을 사용하여 FCC, BCC, HCP의 structure를 살펴보았다. FCC structure 내에는 각 꼭지점과 각 면의 중심에 하나씩 격자점이 있었다. 8개의 각 꼭지점에 있는{1} over {8} 크기의 원자들이 하나의 원자(8 ×{1} over {8} = 1)에 해당하고, 6개의 각 표면에 있는 크기의 원자들이 3개의 원자에 해당하여 단위격자 당 총 4개의 원자들을 가졌다. BCC structure 내에는 단위격자 중심에 하나의 완전한 원자가 위치하고, 단위격자의 각 꼭지점에{1} over {8}의 원자가 위치하여 총 2개의 원자들을 가졌다. HCP structure는 앞에서 만들었던 FCC, BCC structure와는 달리 단위격자가 팔각기둥모양으로, 만드는데에 조금 어려움이 있었다. HCP structure는 큰 격자로 단위격자 중심에 하나의 원자가 위치하고, 윗면과 아랫면에 있는 8개의 꼭지점에{1} over {6}의 원자, 다른 8개의 꼭지점에{1} over {12}의 원자, 가운데에 2개의{1} over {2}의 원자가 위치하여 총 6개의 원자를 가졌다. 다음 원자충진율(APF) ={단위격자`내`원자의`체적} over {단위격자의`체적} 식을 사용하여 원자충진율을 구하였다. 결과값은 다음과 같다.ㅇ 체심 입방 격자 (FCC) ㅇ면심 입방 격자 (BCC)원자충진율={4 TIMES {4} over {3} PI R ^{3} =8.373R ^{3}} over {LEFT ( {4R} over {sqrt {2}} RIGHT ) ^{3} =22.627} =0.74 원자충진율={2 TIMES {4} over {3} PI R ^{3} =8.373R ^{3}} over {LEFT ( {4R} over {sqrt {3}} RIGHT ) ^{3} =12.32R ^{3}} =0.68 ㅇ조밀 충진 육방 격자 (HCP) ㅇSi (다이아몬드 격자)원자충진율={6 TIMES {4} over {3} PI R ^{3} =25.132R ^{3}} over {{sqrt {3} R TIMES 2R} over {2 TIMES 6} TIMES 3.266R=33.941R ^{3}} =0.74 원자충진율={8 TIMES 4 PI TIMES 3 sqrt {3} a ^{3}} over {3 TIMES 8 ^{3} TIMES a ^{3}}=0.34structure의 원자충진율과 원자수를 Orbit Molecular Model을 갖고 만들면서 이해하니까 그림으로 봤을 때 보다 훨씬 잘 이해할 수 있었다.8.결론Crystal은 7개의 Crystal System과 14개의 Bravais lattice가 있다. FCC structure는 총 4개의 원자를 갖으며 BCC structure는 총 2개의 원자를 갖는다. 또한 HCP structure에서는 총 6개의 원자를 갖으며 Si(다이아몬드 격자)는 총 8개의 원자를 갖는다. 원자충진율 이란 unit cell 내에서 원자구들이 차지하는 부피의 비율을 뜻하며 원자충진율 =
