2007固體物理(微固)期末試題j.doc

電子科技大學二零零 六 至二零零 七 學年第 二 學期期 末 考試 固體電子學 課程考試題 卷 （ 分鐘） 考試形式： 考試日期 200 7 年 7 月 日課程成績構成：平時 20 分， 期中 10 分， 實驗 0 分， 期末 70 分一二三四五六七八九十合計一 填空（共30分，每空2分）1 Si晶體是復式格子，由兩個面心立方結構的子晶格沿體對角線位移1/4套構而成；其固體物理學原胞包含8個原子，其固體物理學原胞基矢可表示，, 。假設其結晶學原胞的體積為a3，則其固體物理學原胞體積為。2 由完全相同的一種原子構成的格子，每個格點周圍環(huán)境相同稱為布拉菲格子； 倒格子基矢與正格子基矢滿足，由倒格子基矢（l1, l2, l3為整數(shù)）,構成的格子，是正格子的傅里葉變換，稱為倒格子格子；由若干個布拉菲格子套構而成的格子稱為復式格子。最常見的兩種原胞是固體物理學原胞和結晶學原胞。3聲子是格波的能量量子，其能量為w，動量為q。二問答題（共30分，每題6分）1.晶體有哪幾種結合類型？簡述晶體結合的一般性質。答：離子晶體，共價晶體，金屬晶體，分子晶體及氫鍵晶體。 晶體中兩個粒子之間的相互作用力或相互作用勢與兩個粒子的距離之間遵從相同的定性規(guī)律。2. 晶體的結合能, 晶體的內能, 原子間的相互作用勢能有何區(qū)別?答：自由粒子結合成晶體過程中釋放出的能量，或者把晶體拆散成一個個自由粒子所需要的能量稱為晶體的結合能；原子的動能與原子間的相互作用勢能之和為晶體的內能；在0K時，原子還存在零點振動能，但它與原子間的相互作用勢能的絕對值相比小很多，所以，在0K時原子間的相互作用勢能的絕對值近似等于晶體的結合能。3.什么是熱缺陷？簡述肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷的特點。答：在點缺陷中，有一類點缺陷，其產(chǎn)生和平衡濃度都與溫度有關，這一類點缺陷稱為熱缺陷，熱缺陷總是在不斷地產(chǎn)生和復合，在一定地溫度下熱缺陷具有一定地平衡濃度。肖特基缺陷是晶體內部格點上的原子（或離子）通過接力運動到表面格點的位置后在晶體內留下空位；弗侖克爾缺陷是格點上的原子移到格點的間隙位置形成間隙原子，同時在原來的格點位置留下空位，二者成對出現(xiàn)。4.簡述空穴的概念及其性質.答：對于狀態(tài)K空著的近滿帶，其總電流就如同一個具有正電荷e的粒子，以空狀態(tài)K的電子速度所產(chǎn)生的，這個空的狀態(tài)稱為空穴；空穴具有正有效質量，位于滿帶頂附近，空穴是準粒子。5.根據(jù)量子理論簡述電子對比熱的貢獻，寫出表達式，并說明為什么在高溫時可以不考慮電子對比熱的貢獻在低溫時必須考慮？答：在量子理論中，大多數(shù)電子的能量遠遠低于費米能量EF ，由于受到泡利不相容原理的限制，不能參與熱激發(fā)，只有在EF附近約KBT范圍內電子參與熱激發(fā)，對金屬的比熱有貢獻。CVe=gT在高溫時CVe相對CVl 來說很小可忽略不計；在低溫時，晶格振動的比熱按溫度三次方趨近于零，而電子的比熱與溫度一次方正比，隨溫度下降變化緩慢，此時電子的比熱可以和晶格振動的比熱相比較，不能忽略。三.綜合應用(共40分)1.(10分)已知半導體InP具有閃鋅礦結構,In,P兩原子的距離為d=2,試求：（1）晶格常數(shù)；(2)原胞基矢及倒格子基矢；（3）密勒指數(shù)為（1，1，0）晶面的面間距，以及In(1,1,0)晶面與P（1，1，1）晶面的距離。解：（1）閃鋅礦結構是兩個面心立方結構的子晶格沿體對角線位移1/4套構而成，所以對角線長l=4d=8又(2) 面心基矢：，, 倒格子基矢：（3）晶胞倒格矢：原胞倒格矢：比較原胞基矢和晶胞基矢，得因為In和P的（111）晶面的法線方向即對角線方向，所以In和P在這個方向的面間距=，也可以說是 即；或=2. (15分)設有某個一維簡單格子，晶格常數(shù)為a,原子質量為M，在平衡位置附近兩原子間的互作用勢可表示為： 式中h和x都是常數(shù)，只考慮最近鄰原子間的相互作用，試求：（1）在簡諧近似下，求出晶格振動的色散關系；（2）求出它的比