Structure diamant
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Un cristal de type diamant est une forme dérivée du cristal cubique à faces centrées (CFC). La structure ressemble à la structure blende, mais tous les sites atomiques sont identiques dans la structure diamant.
Il peut se décrire de différentes façons, notamment :
Pour résumer, un cristal de type diamant comporte un atome :
On parle de cristal type « diamant » lorsque tous les atomes qui composent la maille sont identiques. Les semi-conducteurs comme le silicium ou le germanium ont une structure de type « diamant ». C'est aussi le cas pour le zinc type-α, l'étain gris (forme α, qui n'est plus métallique mais semi-conductrice), et bien entendu pour le carbone diamant.
La structure cristalline de type « diamant » comporte donc :
La structure de type diamant compte donc 8 atomes par maille (contre quatre pour une structure de type cubique faces centrées classique).
Dans le modèle des sphères dures, la distance de contact est celle entre un atome de coin et celui d'un site tétraédrique. Si on considère a, le paramètre de maille (la longueur de l'arête du cube), la grande diagonale du cube vaut donc , et la distance de contact (c'est-à-dire la distance entre les centres des deux atomes en contact, soit 2R, où R est le rayon atomique) vaut un quart de cette valeur ; on a donc :
On en déduit donc le paramètre de maille est:
La compacité du cristal type diamant est de :
ce qui en fait un empilement très peu compact (à titre de comparaison, la compacité d'une maille CFC classique est d'environ 0,74).
On parle de cristal de type « blende » pour des cristaux de même structure que le diamant, mais composés de deux types d'atomes différents. Ainsi la maille comporte deux types d'atomes différents : les atomes qui composent la maille CFC étant d'une sorte, les quatre atomes dans les sites tétraédriques de l'autre sorte, ce qui fait que chaque atome est lié à 4 voisins de nature différente de la sienne.
C'est le cas de la sphalérite (ZnS - nom actuel de la blende), et de la plupart des composés de type I-VII, II-VI (CdS, ZnSe, CdSe, CdTe, ZnTe, BeTe...), III-V (GaAs, AlAs, InP...) ou d'alliage de silicium (silicium-germanium, carbure de silicium type-β), dont la plupart sont des semi-conducteurs.
La substitution ordonnée de deux atomes de la même espèce chimique (carbone dans le cas du diamant) par deux atomes d'espèce différente (zinc et soufre dans le cas de la sphalérite) a comme résultat une baisse de symétrie, de Fd3m à F43m.
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