固体与半导体物理复习专用ppt(1)

固体物理与半导体物理任课教师戴基智Tel:13658080842Email:[e-mail]:光电楼214室绪论一.研究内容1.固体物理研究固体的结构及其组成粒子之间的相互作用与运动规律。固体分为：晶体与非晶体晶体：有规则外形、各向异性、固定熔点规则排列（微观结构长程有序）岩盐、水晶、石英、金刚石（硅、锗）OABCSi原子排列是具有周期性的》非晶体：无规则外形、各向同性、无固定熔点无规则排列（微观结构短程有序）非晶体中原子保留着短程序排列。橡胶、塑料、玻璃（光纤、有机玻璃等）》实际晶体含有杂质和缺陷Fe+C合金钢Si、Ge+Ⅲ(Ⅴ)族杂质半导体白宝石+Cr红宝石单晶：一个核心生长，原子排列完全一致（Si、Ge）多晶：多个核心生长，由许多小晶粒无规组成（Cu、Fe、Al）每个晶粒各向异性，但位向不同，多个晶粒使得多晶体不显示规则外形和各向异性。纳米颗粒的大小不超过100nm，而通常情况下不超过10nm。由于纳米颗粒的尺寸已经很接近原子的大小，量子效应便开始影响物质的结构与物理、化学性能。应用纳米技术可制成性能特别优良的各种特殊材料。例如纳米分子电脑将会小如谷粒，而其计算机能力将是现代“奔腾”芯片的1000亿倍。可以预见，在21世纪，纳米材料将在新材料、能源、信息等领域发挥举足轻重的作用。2.半导体技术是在固体物理学的基础理论上发展的，是固体能带论预言了半导体的存在。推动了计算机、通信、自动化、新型显示技术的发展。(1)基于半导体技术的平板显示成为半导体产品发展的一大领域.(2)LED显示器：红光LED－GaAsP系和GaAlAs系绿光LED－GaP系和InGaAlP系蓝光LED－GaN系作为LED显示的三基色，可以提供逼真的全色性能。二.课程安排共64学时:固体物理32学时,半导体物理32学时成绩构成：期末：平时：半期631考试方式：闭卷答疑时间；星期三下午（16:30)光电楼214第一章晶体结构{1.1晶体结构的周期性一.布拉菲格子1.基元并非一个原子，可能是多个原子，两个同类原子或异类原子或原子集团等。2.晶格（1）格点－基元所处位置的几何点（2）晶格－晶体中原子排列的具体形式3.布拉菲格子（1）定义：等同点的集合等同点－周围情况完全相同的格点（格点的组成、位形和取向）（2）布拉菲格子＋基元＝晶体结构.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。.·。................+.。+.·。................布拉菲格子布拉菲格子基元基元112233lRlalala(3)布拉菲格子的数学定义：lR格矢量123,,aaa基矢123,,lll正负整数》》二.复式格子（1）定义：是由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成，基元含有两个或两个以上原子的晶格（可是同类、异类）。r112233lRrlalala是不等同原子之间的相对位移（2）数学表达式：（3）特点：每种等价原子形成一个布拉菲格子不同等价原子形成的布拉菲格子是相同的三.基矢、原胞和晶胞1.基矢2.原胞－以基矢为棱边围成的平行六面体特点:(1)只考虑周期性，体积最小的重复单元。(2)格点在顶角上，内部和面上没有格点。(3)每个原胞只含一个格点。(4)体积为：123,,aaa123()aaa选取不是唯一的Oa1a2a1a1a2a2(5)原胞反映了晶格的周期性，各原胞中等价点的物理量相同。如任意一处的位置矢量为，晶格任一物理性质用Q(r)来表示，则有：r)(332211anananrQrQ）（3.晶胞（单胞）特点：(1)既考虑了周期性又考虑了对称性所选取的重复单元。(体积不一定最小)(2)体心或面心上可能有格点。(3)包含格点不止一个。(4)基矢用表示,,abc晶轴－选为基矢的对称轴晶格常数－晶轴上相邻格点的距离4.威格纳-赛兹原胞体积最小的对称周期单元选取方法：一格点为中点相邻格点连线中垂面围成的最小多面体abcacb⊥⊥{1.1常见晶体结构一.在立方晶系的三个布拉菲晶胞中选取原胞立方晶系的特点：，1.简单立方（SC)A:格点只在立方体的8个顶角上，最小的重复单元。B:原胞＝晶胞C:原胞基矢：D:原胞只含1个格点，体积为aaaaa123,,aaiaajaak3a2.体心立方(bcc)A:是布拉菲格子B:晶胞含2个格点，体积为C:原胞基矢D:原胞体积：3aA1a2ijk)(2)(2)(2321kjiaakjiaakjiaa33321211111111118aaaaa