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固体物理学和半导体物理学固体物理学第一章=晶格+基元:原胞只需要考虑周期性;晶胞要考虑周期性和对称性。,有三种结构:简立方、体心立方和面心立方。,测量晶体结构证明题:证明面心立方和体心立方互为倒格子。步骤:(1)写基矢a1、a2、a3(2)套倒格子公式(那个长度不用求)给出晶体判断其是晶胞还是原胞(是晶胞),为什么?并从中提取原胞,写出基矢,并从体积的角度证明自己的选取是对的。解:原胞的判断:格点只出现在顶角,且一个原胞只含有一个原子(简立方既是原胞也是晶胞)体心立方:含有8×1/8+1=2个原子固体物理学原胞只要求含有1个原子。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)体心立方固体物理学原胞体积的计算体心立方结构,固体物理学原胞的体积是晶体学原胞的体积的1/:含有8×1/8+6×1/2=4个原子a1=a/2(j+k)a2=a/2(k+i)a3=a/2(i+j)固体物理学原胞体积:V=a1·a2×a3原胞中只含有一个原子,体积是晶体学原胞的四分之一。第二章:晶体的典型结合形式有金属结合、共价结合、离子结合、范德瓦尔斯结合和氢键结合五种形式。金属晶体由金属键结合,金属晶体有良好的导电性和导热性,有较好的延展性,硬度大,熔点高。共价晶体由共价键结合,共价晶体不能弯曲、没有明显的弹性和范性,具有相当高的强度和硬度,熔点高,导电和导热性比较差。离子晶体由离子键结合,离子晶体具有相当高的强度和硬度,具有很高的熔点,导电和导热性比较差。分子晶体由范德瓦尔斯键结合,分子晶体熔点很低,硬度小。氢键晶体由氢键结合。?(依靠库仑力结合在一起?)答:金属键的本质:正的离子实和负的结合起来;离子晶体由离子键连接,正离子间的库仑力;共价晶体是依靠共价键结合起来,共价键是中间的共用电子对对两边的正离子通过库仑力结合起来;氢键是一个分子的H原子带部分的负电荷和另外分子带部分正电荷,通过库仑力结合;分子晶体的范德瓦耳斯键是依靠非极性分子瞬时电偶极矩之间的有效吸引作用结合。如何判断各键的特点:强键:熔沸点高,效率大,如:金属键、离子键和共价键是否有自由电子:导电导热性是否良好=(电离能+电子亲和能)、离子和分子结合在一起,形成晶体的原因:从粒子之间相互作用力的角度看,粒子之间存在着结合力;从能量的角度来看,一块稳定晶体的总能量低于这N个粒子相互分离即自由时的总能量,也就是说,粒子在结合为晶体的过程中,要放出能量,而晶体在熔化、汽化等分解过程中,需要吸收能量。第三章(填空和画图):(1)、单原子链的色散曲线(2)、一维双原子链的色散关系::w与q的函数关系(w为格波频率,q为波矢):光学波:原胞内的不同原子的相对振动,振动频率较高声学波:原胞整体做振动,振动频率较低任何晶体中都存在声学支格波简单的只有声学波,复式晶体有光学波一般地:对m维,原胞包含n个不同种类原子的晶体晶格振动的波矢数=晶体的原胞数单个原胞中的格波支数=原胞内原子的自由度数mn其中有m支声学波,有m(n-1)支光学波晶格振动的模式数=晶体的自由度数(即原胞数乘以原胞中的自由度数)金刚石结构:金刚石结构为复式格子,每个原胞有2个原子,有6支格波,3支声学波,3支光学波,振动模式数为6N。:晶格振动中格波的能量量子。第四章点缺陷:弗仑克尔缺陷:空位和间隙原子成对出现;肖特基缺陷:只有空位低温时,以肖特基缺陷为主,扩散时,一般以空位机制实现。金属中,肖特基缺陷为主要的缺陷形式第五章。答:(1)特鲁德的经典理论:经典电子气体模型,将自由电子看作是经典离子气体索末菲模型:自由电子气体模型,将自由电子看作是自由分子费米气体。(2)在特鲁德模型中,认为金属电子气体类似于理想气体,是玻色子(如原子,离子等),遵循玻尔兹曼统计规律。在索末菲模型中,引入了泡利不相容原理,认为金属电子气体是费米子(如电子、质子、中子等),遵循费米统计规律。:、费米波矢与电子数密度的关系。费米分布函数。:费米面附近的电子。:热电子发射、光致发射和场致发射。:晶体体积不变的条件下,系统增加一个电子所需要的最小自由能。与绝对零度时基态的化学势相等。在绝对零度时费米能是电子填充的最高能级,在非绝对零度时费米能是分布函数f为1/2处的能量。费米分布函数:=0K时的费米分布函数当T=0K时,此时电子气体处于基态。电子的费米分布函数为:≠0K时的费米分布函数第六章:波矢空间和倒格空间处于同一空间;一个倒格空间包括N个波矢空间。(N是原胞数)(1)波矢空间与倒格空间处于同一空间,倒格空间的基矢分别为b1,b2,b3,而波矢空间的基矢分别为b1/N1,b2/N2,b3/N3,其中N1,N2,