固體物理知識(shí)點(diǎn)

09級(jí)微電子學(xué)專業(yè)?固體物理?期末考知識(shí)點(diǎn)09級(jí)微電子學(xué)專業(yè)?固體物理?期末考知識(shí)點(diǎn)至誠(chéng)學(xué)院信息工程系微電子學(xué)專業(yè)姓名：陳長(zhǎng)彬?qū)W號(hào)：210991803不同的晶體具有不同的性質(zhì)，但它們又具有一些共性：A.長(zhǎng)程有序B.自范性(自限性)和解理性C.晶面角守恒D.各向異性。該晶體的根本構(gòu)成單元，簡(jiǎn)稱基元晶體結(jié)構(gòu)=晶格+基元在同一晶格中原胞的選取不是唯一的，但他們的體積都是相等的。原胞與晶胞的區(qū)別：原胞只考慮重復(fù)性，晶胞要同時(shí)考慮重復(fù)性和對(duì)稱性原胞的判斷依據(jù)：(1).對(duì)于布喇菲格子，只含有一個(gè)原子。(2).原胞中的原子只出現(xiàn)在晶格中的頂點(diǎn)〔頂角〕。原胞：體積最小的重復(fù)單元如果晶體由一種原子組成，且基元中僅包含一個(gè)原子，那么這種簡(jiǎn)單的格子就稱為布喇菲格子。只選取反映晶格周期性的原胞。格點(diǎn)只在頂角處。簡(jiǎn)立方：原胞的基矢：a1=iaa2=jaa3=ka體心立方固體物理學(xué)原胞只要求含有1個(gè)原子。a1=–(a/2)i+(a/2)j+(a/2)k=a/2(–i+j+k)同理：a2=a/2(i–j+k)a3=a/2(i+j–k)面心立方含有8×1/8+6×1/2=4個(gè)原子a1=a/2(j+k)a2=a/2(k+i)a3=a/2(i+j)固體物理學(xué)原胞體積：V=a1·a2×a3原胞中只含有一個(gè)原子，體積是晶體學(xué)原胞的四分之一。氯化銫結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)簡(jiǎn)立方的子晶格彼此沿立方空間對(duì)角線位移1/2的長(zhǎng)度套構(gòu)而成。金剛石結(jié)構(gòu)面心立方原胞內(nèi)還有4個(gè)原子，這4個(gè)原子分別位于空間對(duì)角線的1/4處碳四面體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)是個(gè)復(fù)式格子，由兩個(gè)面心立方子晶格彼此沿其空間對(duì)角線位移1/4的長(zhǎng)度套構(gòu)而成的。半導(dǎo)體材料：鍺Ge,硅Si.與金剛石結(jié)構(gòu)相同。配位數(shù)為12：六角密積和六方密積，同一層與六個(gè)求相切，又和上下層的三個(gè)相切。晶體結(jié)構(gòu)最大的配位數(shù)。

配位數(shù)為8：體心，氯化銫型結(jié)構(gòu)

配位數(shù)為6：氯化鈉型結(jié)構(gòu)

配位數(shù)為4：四面體結(jié)構(gòu)

配位數(shù)為3：層狀結(jié)構(gòu)

配位數(shù)為2：鏈狀結(jié)構(gòu)一族晶列有兩個(gè)共同特征：1，共同的晶列取向，簡(jiǎn)稱晶向。2，晶列上格點(diǎn)的周期都相同。晶列的表示方法——晶列指數(shù)晶列指數(shù)代表的是一族晶列，而不是代表某一個(gè)特定的晶列。簡(jiǎn)立方正點(diǎn)陣的倒點(diǎn)陣，其形狀仍為簡(jiǎn)立方，簡(jiǎn)立方正點(diǎn)陣的布里淵區(qū)形狀仍是簡(jiǎn)立方。體心立方正點(diǎn)陣的倒點(diǎn)陣，其形狀為面心立方，體心立方正點(diǎn)陣的布里淵區(qū)形狀為菱形十二面體。面心立方正點(diǎn)陣的倒點(diǎn)陣，其形狀仍為體心立方，面心立方正點(diǎn)陣的布里淵區(qū)形狀是截角八面體〔它是一個(gè)十四面體〕。布里淵區(qū)是波矢空間中的對(duì)稱化原胞，它具有倒點(diǎn)陣點(diǎn)群的全部對(duì)稱性，利用倒易點(diǎn)陣的定義可以證明，同一晶體的正、倒點(diǎn)陣有相同的全部對(duì)稱性。當(dāng)入射波矢的端點(diǎn)落在布里淵區(qū)的界面上時(shí)，必然發(fā)生反射。晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子因?yàn)榫哂胁▌?dòng)性，也會(huì)在這些界面上發(fā)生反射。

而且準(zhǔn)連續(xù)的能帶在布里淵區(qū)處也會(huì)發(fā)生斷裂，禁帶就處于此位置。對(duì)稱操作的變換關(guān)系：

1〕對(duì)稱軸和轉(zhuǎn)動(dòng)

2〕對(duì)稱中心和反演中心反演：

通過某個(gè)點(diǎn)，能把任一點(diǎn)x1,x2,x3變成-x1,-x2,-x3

3〕對(duì)稱面和鏡像第二章晶體的結(jié)合電離能和電子親和能代表著原子失去和得到電子的能力。堿金屬電離能小，惰性元素電離能大。電離能一般隨著原子半徑的減小而增大電離能越大，原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力越強(qiáng)。電離能電子親和能：鹵素原子具有大的親和能，易于得到電子。親和能一般隨著原子半徑的減小而增大親和能的大小是衡量原子俘獲外來電子的能力。電離能和親和能從不同的角度表征了原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力。原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力愈強(qiáng)，那么電離能和親和能就愈大。原子的電負(fù)性電負(fù)性的大小表示原子得失電子能力的強(qiáng)弱。離子晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電子云分布根本上球?qū)ΨQ，滿足球密堆積原那么。范德瓦爾斯----倫敦力:非極性分子的瞬時(shí)偶極矩間相互作用力。范德瓦爾斯一葛生力:極性分子永久偶極矩間的相互作用力。范德瓦爾斯一德拜力;非極性分子被極性分子的電場(chǎng)極化而產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極矩與極性分子永久偶極矩間的相互作用力。范德瓦爾斯結(jié)合(分子結(jié)合):依靠非極性分子瞬時(shí)電偶極矩之間的有效吸引作用而結(jié)合起來的形式。范德瓦爾斯鍵(分子鍵);分子瞬時(shí)電偶極矩之間的靜電有效吸引作用力。分子晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：惰性元素原子具有球?qū)ΨQ，是面心立方。氫鍵〔一個(gè)強(qiáng)的共價(jià)鍵和一個(gè)弱的離子鍵〕具有飽和性。〔冰〕兩原子之間的相互作用力：吸引力〔庫(kù)侖引力〕和排斥力〔庫(kù)侖斥力和泡利原理引起〕。原子之間的吸引力和排斥力都是原子間距r的函數(shù)。其中吸引力是一種長(zhǎng)程作用力，排斥力是一種短程作用力。晶體的內(nèi)能U=吸引勢(shì)能+排斥勢(shì)能第三章晶體振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)晶格具有周期性，晶格的振動(dòng)具有波的形式——格波一般地：對(duì)m維，原胞包含n個(gè)不同種類原子的晶體晶格振動(dòng)的波矢數(shù)=晶體的原胞數(shù)晶格中的格波支數(shù)=原胞內(nèi)原子的自由度數(shù)mn其中有m支聲學(xué)波，有m(n-1)支光學(xué)波晶格振動(dòng)的模式數(shù)=晶體的自由度數(shù)〔即原胞數(shù)乘以原胞中的自由度數(shù)〕一維單原子鏈，只有一支聲學(xué)波一維雙原子鏈，有一支聲學(xué)波、一支光學(xué)波格波〔晶格振動(dòng)〕的能量量子——聲子。聲子的作用過程遵從能量守恒和準(zhǔn)動(dòng)量守恒。在相互作用的過程中，聲子數(shù)不守恒。第四章晶體缺陷擴(kuò)散現(xiàn)象的本質(zhì)是粒子無規(guī)那么的布朗運(yùn)動(dòng)。晶體中的擴(kuò)散是指原子在晶體中的遷移過程。包括：外來雜質(zhì)原子在晶體中的擴(kuò)散和基質(zhì)原子在晶體中的擴(kuò)散，即自擴(kuò)散。擴(kuò)散是通過點(diǎn)缺陷的遷移來實(shí)現(xiàn)的，因而實(shí)際晶體中點(diǎn)缺陷的存在是擴(kuò)散現(xiàn)象的前提條件。擴(kuò)散激活能越低，擴(kuò)散系數(shù)就越大。點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響：

〔1〕空位缺陷的出現(xiàn)引起晶體密度的減小。

〔2〕點(diǎn)缺陷使金屬晶體的電阻顯著增大。

〔3〕點(diǎn)缺陷影響離子晶體的導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)。

〔4〕在晶體生長(zhǎng)、材料制備中，有目的地參加少量雜質(zhì)，可以顯著的改善材料的性能。

〔5〕非平衡點(diǎn)缺陷明顯的影響晶體的力學(xué)性能。

〔6〕缺陷引起晶格振動(dòng)頻譜的改變?！谖逭陆饘俚碾娮诱摳踪M(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)理論簡(jiǎn)介1、電子氣體中的粒子：電子滿足：泡利不相容原理服從費(fèi)米—狄拉克統(tǒng)計(jì)2、費(fèi)米分布函數(shù)含義：在溫度為T時(shí)，能量為E的能級(jí)在熱平衡時(shí)被電子占據(jù)的機(jī)率在絕對(duì)零度時(shí)費(fèi)米能是電子填充的最高能級(jí)，在非絕對(duì)零度時(shí)費(fèi)米能是分布函數(shù)f為1/2處的能量。說明在絕對(duì)零度下，電子仍然具有較大的平均動(dòng)能，而經(jīng)典理論得到的結(jié)果卻為零。根據(jù)索末菲的自由電子氣理論，電子要遵循泡利不相容原理，每個(gè)狀態(tài)只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子，因此在絕對(duì)零度不可能所有的電子都填在最低能態(tài)。晶體比熱容由兩局部構(gòu)成：晶格振動(dòng)比熱容和電子比熱容，總的比熱容為兩者之和。有效電阻率是兩者奉獻(xiàn)之和馬西森定律前一項(xiàng)為哪一項(xiàng)原子熱振動(dòng)而導(dǎo)致的電阻率，這局部與溫度有關(guān)，常溫和較高溫度下遵循ρ∝T，低溫下遵循ρ∝T5，對(duì)接近完美的純金屬晶體而言，這是主要的奉獻(xiàn)。后一項(xiàng)為哪一項(xiàng)，雜質(zhì)原子碰撞和晶格缺陷散射造成的電阻率，這取決于雜質(zhì)原子和缺陷的濃度，因而與溫度無關(guān)?；魻栃?yīng)可用來獲得載流子濃度的精確值。三種常見的電子發(fā)射方式：熱電子發(fā)射；光致發(fā)射〔光電效應(yīng)〕；場(chǎng)致發(fā)射是否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，發(fā)射電子的數(shù)目多少那么取決于入射光的強(qiáng)度。接觸電勢(shì)差來源于兩塊金屬的逸出功不同。逸出功是真空能級(jí)與費(fèi)米能級(jí)之差，所以，接觸電勢(shì)差來源于兩塊金屬的費(fèi)米能級(jí)不一樣高。第六章能帶理論布洛赫定理指出了在周期場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電子波函數(shù)的特點(diǎn)。晶體電子在規(guī)那么排列的正離子勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，勢(shì)場(chǎng)具有晶格周期性。周期性邊界條件周期性邊界條件對(duì)波函數(shù)中的波數(shù)是有影響的。由周期性邊界條件可以推出:布洛赫波函數(shù)的波數(shù)k只能取一些特定的分立值。晶體的能帶電子共有化：晶體具有大量分子、原子或離子有規(guī)那么排列的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。電子受到周期性勢(shì)場(chǎng)的作用。能帶理論的根本假設(shè)：得出兩點(diǎn)重要結(jié)論：1.電子的能量是分立的能級(jí);2.電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)能帶一般規(guī)律：1.越是外層電子，能量越高，能帶越寬，E越大。2.原子間距越小，能帶越寬，E越大。3.兩個(gè)能帶有可能重疊。能帶中電子的排布排布原那么：1.服從泡里不相容原理〔費(fèi)米子〕。2.服從能量最小原理電子排布時(shí)，應(yīng)從最低的能級(jí)排起。U0b的數(shù)值越大所得到的能帶越窄。由于原子的內(nèi)層電子受到原子核的束縛較大，與外層電子相比，它們的勢(shì)壘強(qiáng)度較大。所以，內(nèi)層電子的能帶較窄。外層電子的能帶較寬。因此，晶體點(diǎn)陣常數(shù)a越小，能帶的寬度就越大。有的能帶甚至可能出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。對(duì)于孤立原子的一個(gè)能級(jí)Enl按照泡里不相容原理，最多能容納2〔2l+1在形成固體后，這一能級(jí)分裂成由N條能級(jí)組成的能帶了，它最多能容納的電子數(shù)為2N(2l+1)電子排布時(shí)還得按照能量最小原理從最低的能級(jí)排起。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶論解釋原那么：滿帶電子不導(dǎo)電，未滿帶電子導(dǎo)電導(dǎo)體的能帶中一定有不滿的帶〔導(dǎo)帶或價(jià)帶〕，絕緣體的能帶中就只有滿帶和空帶。絕緣體：只有滿帶和空帶，而且滿帶與空帶之間有一個(gè)較寬的禁帶半導(dǎo)體：也只有滿帶和空帶，但是滿帶與空帶之間的禁帶很窄費(fèi)米能量與電子密度和溫度有關(guān)。二、填空題【本大題共5小題，第7小題2.5分，第9小題3.5分.其它每題3分，共15分)1.面心立方結(jié)構(gòu)的正格矢為。2.由于受晶格周期性的嚴(yán)格限制，晶體中只能有1，2,3，4，6重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸。3.CsCI結(jié)構(gòu)的配位數(shù)為8。4.根據(jù)玻恩一卡門邊界條件，一維自由電子的波矢可表示為〔為整數(shù)〕。5.共價(jià)結(jié)合的兩個(gè)主要特點(diǎn)是方向性和飽和性。三、單項(xiàng)選擇題(本大題共5小題，每題3分，共15分}在每題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中有一個(gè)是符合.題目要求的，請(qǐng)將其代碼填