Физика твердого тела

Кафедра 70, “Физика твердого тела и наносистемы”

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

(для групп Т7-01, 01а, 01ф)

1 неделя. Строение твердых тел

Кристаллические и аморфные тела. Кристаллическая структура (решетка, базис, операции симметрии, типы решеток Браве). Обозначение кристаллографических направлений и плоскостей в кристалле. Рентгеноструктурный анализ. Анизотропия кристаллов.

2 неделя. Классификация кристаллов по типам химических связей

Ионные кристаллы (ионная (гетерополярная) связь). Атомные кристаллы (ковалентная (гомеополярная) связь). Металлические кристаллы (металлическая связь). Молекулярные кристаллы (водородная связь). Сопоставление различных типов связей. Ковалентная связь и полупроводниковые свойства кристаллов.

3 неделя. Дефекты в кристаллах

Междоузлия и вакансии. Дефекты по шоттки. Дефекты по Френкелю. Дислокации (краевые и винтовые). Примеси внедрения и замещения.

4 неделя. Тепловые свойства твердых тел.

Силы, действующие между частицами твердого тела. Характер теплового движения в кристаллах. Гармоническое приближение: колебания цепочки одинаковых атомов (нормальные колебания решетки, спектр нормальных колебаний); колебания в цепочке неодинаковых атомов; акустические и оптические колебания решетки; фононы.

5 неделя. Теплоемкость твердых тел.

Закон Дюлонга и Пти. Квантовые теории теплоемкости (теория Эйнштейна, модель Дебая). Теплопроводность твердых тел. Роль ангармоничности колебаний.

6 неделя. Модель свободных электронов и ее применение к металлам.

Классическая электронная теория металлов (дрейфовая скорость, длина свободного пробега). Закон Видемана-Франца. Противоречия классической электронной теории металлов. Квантовая теория электронов в металле (энергия и температура Ферми). Теплоемкость металлов.

7 неделя. Элементы физической статистики.

Способы описания макроскопической системы (коллектива): термодинамический и химический потенциалы; статистический способ. Вырожденные и невырожденные коллективы (классические и квантовые статистики; функция распределения). Число состояний для микрочастиц: фазовое пространство микрочастицы и его квантование; плотность состояний.

8 неделя.

Функция распределения для невырожденного газа. Функция распределения для вырожденного газа фермионов: распределение электронов в металле при абсолютном нуле; влияние температуры на распределение Ферми-Дирака; зависимость химического потенциала от температуры; снятие вырождения (невырожденный электронный газ. Функция распределения для бозонов (фотонов и фононов). Правила статистического усреднения.

9 неделя. Зонная теория твердых тел.

Энергетические уровни свободных атомов. Обобществление электронов в металле (энергетические барьеры, туннелирование, расщепление уровней). Энергетические зоны электронов в кристалле: примеры образования энергетических зон; деление на металлы, полупроводники, диэлектрики. Основы зонной теории: адиабатическое приближение; одноэлектронное приближение; теорема Блоха.

10 неделя. Модель Кронига-Пенни

Анализ модели: зависимость энергии электрона от волнового вектора в разрешенных зонах; зоны Бриллюэна в задаче Кронига-Пенни; ограниченность модели. Эффективная масса электрона, квазиимпульс. Собственные полупроводники. Понятие о дырках. Рекомбинация. Проводимость в собственных полупроводниках.

11 неделя. Примесные полупроводники

Доноры и акцепторы. Примеры. Равновесные концентрации свободных носителей заряда в полупроводниках: уровень Ферми в полупроводниках.

12 неделя.

Зависимость концентрации свободных носителей от положения уровня Ферми; концентрация носителей и положение уровня Ферми в собственных полупроводниках; концентрация носителей и положение уровня Ферми в примесных полупроводниках.

13 неделя. Электропроводность в полупроводниках

Электропроводность невырожденного газа. Подвижность носителей заряда и ее зависимость от температуры. Собственная проводимость полупроводников и ее температурная зависимость.

14 неделя. Примесная проводимость полупроводников и ее температурная зависимость.

Определение типа проводимости полупроводника. Эффект Холла в образце со смешанной проводимостью и его температурная зависимость.

15 неделя. Неравновесные электроны и дырки.

Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда. Виды рекомбинации. Биполярная генерация носителей заряда под действием света. Фотопроводимость. Время жизни неравновесных носителей заряда. Линейная и квадратичная рекомбинация.

16 неделя.

Уравнение непрерывности. Электронно-дырочные переходы. Механизмы выпрямления. Диффузионный и дрейфовый токи. Соотношение Эйнштейна.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.	539.2 Л-45	Введение в физику полупроводников. М.: Наука, 1979.
2.	539.2 Б-33	, , Гридин модели ФТТ. Модель Кронига-Пенни. - М.: МИФИ, 1988.
3.	537 Б-81	Бонч-, Калашников полупроводников. - М.: Наука, 1990. .
4.	620 С-41	А Основы материаловедения и технологии полупроводников. - М.: МИФИ, 2002

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.	537 А-71	Ансельм в теорию полупроводников. - М.: Энергия, 1962.
2.	621.37 С-80	Физика полупроводников.-М.: Сов. радио, 1967.
3.	621.38 Ш-20	Физика полупроводников.-М.: ВШ, 1976, 1985.