西電 賈xx 固體物理總結(jié)

固體物理總結(jié)第一部分固體結(jié)晶學(xué)理論1.晶體結(jié)構(gòu)、空間點陣、B格子、基元、初基元胞、慣用元胞、單式格子、復(fù)式格子。答：晶體結(jié)構(gòu)：組成晶體的微觀粒子的具體排列方式空間點陣：為了研究晶體結(jié)構(gòu)共性，不考慮基元內(nèi)部原子，將原子或原子團抽象成空間中的點陣。B格子：表征了晶格周期性的空間格子?；航M成晶體的基本結(jié)構(gòu)單元。初基原胞：空間點陣中最小的可重復(fù)單元。慣用原胞：能反映晶體周期性和對稱性的原胞。單式晶格：每個晶格只有一個原子。復(fù)式晶格：每個晶格有多個原子。2.晶格常數(shù)、原子半徑、配位數(shù)、致密度、立方晶系最大間隙原子半徑。答：晶格常數(shù)：慣用原胞三個相鄰棱邊矢量叫做軸矢（用、、表示），軸矢的模長為晶格常數(shù)。原子半徑：同種原子組成晶體中，最近鄰原子間距的一半。配位數(shù)：晶體中任一原子最近鄰原子數(shù)總和。致密度：晶體原子排列的緊密程度。SC:,BCC:;FCC:.3.晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、等效晶向、等效晶面、六方晶系的四指標(biāo)表示法。答:晶向指數(shù)：在軸矢坐標(biāo)系中過原點的晶列上任意一格點，求其各軸上的截距化為互質(zhì)整數(shù)[h,k,l]。晶面指數(shù)：設(shè)某一晶面在基矢、、方向的截距r，s，t的倒數(shù)，，，化為互質(zhì)整數(shù)，并用[h,k,l]表示。等效晶向：由于晶格的對稱性，一些晶向并沒有什么區(qū)別，晶體在這些方向上的性質(zhì)完全相同，各晶向互稱為等效晶向。等效晶面：由于晶格的對稱性，不同平面原子排列相同，原子所在晶面互為等效晶面。4.金剛石結(jié)構(gòu)常用晶向晶面上原子的排列情況、各向異性和解理性。晶面（向）原子線密度原子面密度面間距共價鍵密度1000.25a1100.35a1110.43a雙層面間距0.14a雙層面內(nèi)間距5.金剛石結(jié)構(gòu)常用晶向晶面上化學(xué)腐蝕坑的形狀。100：正方形111：三角形6.倒格子的定義和性質(zhì)。答：定義：根據(jù)初基原胞基矢、、，令=其中（i，j=1,2,3…），可確定另一組初基原胞基矢、、為倒格子基矢。性質(zhì)：1.倒格子的一個基矢是和晶格原胞中一組晶面相對應(yīng)的，它的方向是該晶面的法線方向，而它的大小則為該晶面族面間距倒數(shù)的2π倍。2.由倒格子的定義，不難得到下面的關(guān)系=3.設(shè)倒格子與正點陣（格子）中的位置矢量分別為(皆為整數(shù))不難證明，其中n為整數(shù)。4.設(shè)倒格子原胞體積為，正格子原胞體積為，根據(jù)倒格子基矢的定義，并利用矢量乘法運算知識，則可得到.5.正格子晶面族(αβγ)與倒格子矢量正交7.晶體結(jié)構(gòu)、B格子、倒格子之間的關(guān)系。不同晶體結(jié)構(gòu)對應(yīng)一種布拉菲格子對應(yīng)一種倒格子；同時不同晶體結(jié)構(gòu)課對應(yīng)同一種倒格子。8.fcc和bcc互為倒格子。9.布里淵區(qū)、fcc第一布里淵區(qū)的形狀。答：定義：在倒格子中以任意倒格點為原點，做原點相鄰所有倒格點的中垂面，包圍原點的最小封閉曲面稱為布里淵區(qū)。fcc第一布里淵區(qū)為正十四面體。10.原子負(fù)電性的定義和物理意義。答：原子對自身電子的束縛能力，反映中性原子得失電子的難易程度。11.共價鍵的飽和性和方向性。答：飽和性：共價鍵的數(shù)目確定，若價電子數(shù)目為 N，則形成共價鍵數(shù)目為N或8-N。方向性：在特定的方向上形成共價鍵，鍵角確定。12.sp3雜化軌道理論。答：S軌道中一電子激發(fā)至軌道，1個S軌道與3個P軌道雜化形成4個雜化軌道，此時波函數(shù)不再是單一的S軌道或P軌道而是其線性組合。13.電離度、閃鋅礦結(jié)構(gòu)的極性。答：電離度：共價鍵中離子鍵所占的成分（比例）；閃鋅礦結(jié)構(gòu)的極性：不同于金剛石結(jié)構(gòu)，閃鋅礦結(jié)構(gòu)中共價鍵想Zn偏移，導(dǎo)致其極性。14.晶體結(jié)合能、馬德隆常數(shù)答：晶體結(jié)合能：自由原子結(jié)合成晶體是=時所釋放的能量。馬德隆常數(shù)：晶體結(jié)合能，馬德隆首先對進行研究，故又稱為馬德隆常數(shù)，且完全由晶體結(jié)構(gòu)決定。第二部分晶格振動理論1.晶格振動的物理框架是牛頓力學(xué)而不是量子力學(xué)，原因？答：量子力學(xué)主要適用于單電子模型，對于晶格來說適用性不強，而能帶理論與經(jīng)典理論不存在相關(guān)性，故選用牛頓力學(xué)對晶格進行分析，并使用量子力學(xué)修正。2.格波、近鄰近似和簡諧近似。答：格波：晶體中原子振動產(chǎn)生的能量傳播形式。近鄰近似：處理晶格振動時只考慮相鄰原子的作用。簡諧近似：在波函數(shù)的泰勒展開式中只取到前二階項。3.一維格波波矢q的特點、取值范圍、取值。答：特點：不連續(xù)、均勻分布取值：（為整數(shù)）取值數(shù)為N取值范圍：4.一維單原子鏈和一維雙原子鏈的色散關(guān)系。答：單原子：雙原子：5.玻恩－卡曼周期性邊界條件的前提、模型和結(jié)論。答：前提：假定數(shù)目極大的N個原子組成一維單原子鏈。模型：其首尾相接構(gòu)成半徑無限大圓環(huán)，局部原子運動仍為一維運動，但在其線性基礎(chǔ)上增加了波動性。結(jié)論：的特點不連續(xù)，均勻分布。6.聲學(xué)波、光學(xué)波的定義和本質(zhì)。答：定義：在不同q的格波頻率和，屬于光學(xué)波，屬于聲學(xué)波。本質(zhì)：光學(xué)波反映基元中不同原子的相對運動；聲學(xué)波反映基元中所有原子的整體運動。7.三維晶體中的密度、聲學(xué)波支數(shù)，光學(xué)波支數(shù)、格波總支數(shù)及格波總數(shù)。答：聲學(xué)波支數(shù)：3光學(xué)波支數(shù)：格波總支數(shù)：格波總數(shù)：8.晶格振動模式密度g()的定義和表示。答：定義：在色散關(guān)系曲線上，單位頻率間隔內(nèi)格波的數(shù)目。表示：9.聲子、平均聲子數(shù)、聲子的性質(zhì)。答：聲子：晶格諧振的能量量子，間隔為平均聲子數(shù)：聲子性質(zhì)：能量載體、準(zhǔn)粒子、獨立、量大且數(shù)目少于。10.晶格熱容、Einsten模型和Debye模型。答：晶格熱容：單位質(zhì)量的晶體，假定體積（或壓強）不變，溫度每升高1攝氏度，晶體內(nèi)能的增加量。E模型：假定晶體中所有格波以相同頻率（）振動。D模型：假設(shè)晶體為各向同性的連續(xù)媒質(zhì)，晶體中只有三只聲學(xué)格波，而且曲線斜率（波速）都相同。11.二模型與實驗結(jié)果比較。高溫：E模型：D模型：=低溫：E模型：，,D模型：，12.N過程和U過程。答：N過程：，、、均位于第一B.Z。U過程：，不利于能量傳播。13.聲學(xué)支和光學(xué)支對熱導(dǎo)的貢獻。答：聲學(xué)支能量較低，先激發(fā)，聲子數(shù)多，能量較高的光學(xué)格波被凍結(jié)，所以聲學(xué)格波對k的貢獻大；光學(xué)支頻率分布較窄，小對k的貢獻小。14.晶格熱導(dǎo)率隨溫度變化規(guī)律的定性解釋。答：15.簡諧近似的成功之處和局限性、非簡諧效應(yīng)。成功地得出格波（聲學(xué)格波、光學(xué)格波）及相應(yīng)的色散曲線引入聲子并成功地解釋了熱容，其局限性表現(xiàn)在無法解釋熱膨脹和熱傳導(dǎo)。第三部分固體能帶理論能帶結(jié)構(gòu)、電子共有化運動、絕熱近似、單電子近似。答：能帶結(jié)構(gòu)：描述了禁止或允許電子所帶有的能量，這是周期性晶格中的量子動力學(xué)電子波衍射引起的。電子共有化運動：原子相互靠近、相互作用增強，原子間勢壘變低變寬，外層電子可在晶體中“自由運動”，內(nèi)層電子也可通過隧穿效應(yīng)實現(xiàn)部分共有化。絕熱近似：假設(shè)帶正電的原子實周期排列且固定不動。電子與原子實之間為完全彈性碰撞不交換能量。單電子近似：任意一個電子都是在一個周期性晶格勢場中運動。固體能帶論的基本思路是怎樣的？答：電子不再束縛于個別原子，而是在整個固體內(nèi)運動，稱為共有化電子，在討論共有化電子運動時，假定原子處在平衡位置，把院子脫離平衡位置的影響看成微擾，對于理想晶體，原子規(guī)則排列成晶格，晶格具有周期性，而等效勢場也應(yīng)具有周期性。晶體中的電子就是在一個具有晶格周期性的等效勢場中運動。Bloch定理、特點、證明、推論。中心方程的物理意義。Bloch定理：周期性勢場中電子波函數(shù)為周期性調(diào)幅周期性函數(shù)。特點：1、晶格中電子出現(xiàn)的幾率具有周期性。2、3、晶體中電子波函數(shù)不具有晶格周期性。中心方程：物理意義：對k狀態(tài)有影響的只有那些與之相差任意倒格矢的狀態(tài)。即晶體中電子共有化運動的特點就是：晶體中電子從布里淵區(qū)的某一個點運動到其他布里淵區(qū)的對應(yīng)點。在第一B、Z內(nèi)波矢的取值、點數(shù)、點密度。點數(shù)為N能態(tài)密度、自由電子的能態(tài)密度。答：能態(tài)密度：單位能量間隔內(nèi)電子狀態(tài)數(shù)。特魯多模型的成功之處及其局限性。答：成功：解釋金屬直流熱電導(dǎo)；局限：電子應(yīng)服從量子力學(xué)方程電子為費米子應(yīng)滿足能量最低和泡利不相容原理，故特魯多模型只能用于定性分析，無法進行精確計算?？她埬峥?潘納模型的思路、結(jié)論。答：設(shè)法給出晶體勢場函數(shù)，求解定態(tài)方程，通過Bloch定理確定能量方程；在周期勢場中，電子具有帶狀結(jié)構(gòu)能譜，禁帶出現(xiàn)在（為整數(shù)）E是k的偶函數(shù)能量較高的允帶寬，能量較低的允帶窄近自由電子近似、緊束縛近似。答：近自由電子近似：晶體中存在弱周期性勢場，將該勢場看做對電子運動的一個微擾，晶體中電子近似為自由電子。緊束縛近似：晶體中原子相對距離較遠(yuǎn)，電子云交疊程度甚微，可以認(rèn)為這種晶體與完全孤立原子中的電子狀態(tài)差距甚小，但電子狀態(tài)僅存在極小幾率的交疊，使電子可遷移至相鄰原子。費米能級及其物理意義。答：假設(shè)晶體中有N個電子，電子分布服從能量最低原理和泡利不相容原理。若視其為自由電子則，則在空間填充一個半徑為的球體，球面為費米面，為費米能級。晶體膨脹時費米能級如何變化，溫度升高時費米能級如何變化。答：，n為電子密度；、、;、、。電子對晶格熱容的貢獻。答：設(shè)在低溫極限，費米能級為電子熱容很小，大多數(shù)電子的能量遠(yuǎn)小于，由于受泡利原理的限制，基本上不參與熱激發(fā)。僅在附近范圍內(nèi)的電子對熱容量才有貢獻。按近自由電子近似，晶體中的能隙是如何解釋的？答：令，，為一小量，由于弱周期勢場作用使自由電子和兩個簡并態(tài)能量發(fā)生變化，一個升高，一個下降，于是在布里淵區(qū)邊界發(fā)生能量跳變，產(chǎn)生能隙（禁帶）。討論存在外電場時晶體中電子的輸運的基本思路。答：有效質(zhì)量有效質(zhì)量、空穴的引入及其物理意義。有效質(zhì)量來源于晶格力場力，方便計算包含晶格勢場作用，可以把和聯(lián)系起來。空穴：假想粒子（準(zhǔn)粒子）帶有單位正電荷，速度與電子相同，，用少量空穴運動代表大量電子運動。15. 有效質(zhì)量無窮大時的物理意義。答：外場所做的功全部轉(zhuǎn)化給晶格。滿帶電子不導(dǎo)電。答：內(nèi)層電子對對材料導(dǎo)電沒有貢獻。17. 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶論解釋。答：主要體現(xiàn)在禁帶及其寬度上。導(dǎo)體：電子除了一系列能帶形成滿帶，還有一部分填充了其他能帶形成導(dǎo)帶。半導(dǎo)體與絕緣體：電子剛剛好填滿一系列能帶，形成滿帶，導(dǎo)帶中沒有自由電子，半導(dǎo)體帶隙寬度較絕緣體帶隙寬度小。第四部分固體缺陷理論缺陷、點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷。答：缺陷：實際晶體中無論是晶體結(jié)構(gòu)或是化學(xué)配比上均存在著與理想晶格嚴(yán)格周期性的偏差。點缺陷：在格點附近一個或幾個晶格常量范圍內(nèi)的一種晶格缺陷，如空位、雜質(zhì)、填隙原子等。線（面、體）缺陷：晶體內(nèi)部偏離周期性點陣結(jié)構(gòu)的一（二、三）維缺陷。肖特基缺陷、費侖克爾缺陷、間隙原子、雜質(zhì)。答：肖特基缺陷：熱振動或熱起伏導(dǎo)致格點原子遷移至另一格點。特點只存在空位計算費侖克爾缺陷：熱振動或熱起伏導(dǎo)致格點原子脫離格點進入到晶體間隙。特點空位間隙成對出現(xiàn)，計算間隙原子：熱振動或熱起伏導(dǎo)致表面原子脫離格點進入到晶體間隙，特點只產(chǎn)生間隙原子計算，。雜質(zhì)：半導(dǎo)體生長過程中產(chǎn)生的H、O、N、Na及人為引入的N、P、As、B、Al、K等雜質(zhì)。棱(刃)位錯和螺位錯、位錯線與滑移方向的關(guān)系。答：棱(刃)位錯垂直；螺位錯平行。層錯、缺陷有序化。答：在密排晶體中原子面的堆垛順序發(fā)生反常所造成的面缺陷。特點：低能，局部出現(xiàn)六方密堆積。缺陷有序化：層錯出現(xiàn)規(guī)律性變化。擴散、擴散的必要條件及其微觀機制。答：擴散：存在某種原子梯度時，原子通過布朗運動產(chǎn)生的一種定向漂移運動。