spContent=从全球范围看,科学技术越来越成为推动社会经济发展的主要力量,而科学技术的发展离不开基础学科的研究和发展。固体物理就是这样一门内容极其丰富,应用范围极其广泛的基础学科,深入的固体物理研究正在为各种新型半导体、超导、新能源等领域的研究提供指导和思路。因此,让我们一起来学习探究奇妙物性世界的又非常有用的固体物理学吧!
从全球范围看,科学技术越来越成为推动社会经济发展的主要力量,而科学技术的发展离不开基础学科的研究和发展。固体物理就是这样一门内容极其丰富,应用范围极其广泛的基础学科,深入的固体物理研究正在为各种新型半导体、超导、新能源等领域的研究提供指导和思路。因此,让我们一起来学习探究奇妙物性世界的又非常有用的固体物理学吧!
—— 课程团队
课程概述
《固体物理》是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态,及其相互关系的科学,是电子科学与技术、微电子学、材料物理、应用物理等理工学科专业的重要专业基础课。其基本任务是阐述晶体内原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型,掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系,深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质,为进一步学习微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等相关专业课程奠定必要的理论基础。
本课程致力于打造适合电子学科的固体物理课程。通过模型的构建及对结论的解析,深度融入当代集成电路及半导体产业发展知识,使得大家能够基于目标导向来充分激发自我学习的能动性,提升学生的对课程学习的兴趣。
授课目标
固体物理学是电子科学与技术、微电子学、材料物理、应用物理等理工学科专业的重要专业基础课。
本课程通过对晶体结构、晶体结合、晶格振动、固体电子论和能带理论的讲述,培养学生对固体基本物理性质的理解与分析能力,达到本课程的课程目标:
课程目标(1):理解晶格、晶胞、倒格子、晶体结合等固体物理相关自然科学的基本概念,并将其用于电子材料、电子器件的晶体结构、晶体结合等相关电子科学与技术复杂工程问题的表述。
课程目标(2):掌握晶格振动、固态电子论和能带理论等固体物理相关自然科学的基本概念,并将其用于电子材料、电子器件的力、热、电等相关电子科学与技术复杂工程问题的表述。
课程目标(3):通过对固体物理的相关知识的学习,加深对热力学、电磁学、量子力学、材料物理与化学等相关知识的理解,能够识别电子科学与技术复杂工程问题中的固体物理问题。
课程目标(4):能够根据电子科学与技术固体物理相关的复杂工程问题的需求,与物理、化学、材料等学科的成员有效沟通,合作开展工作。
课程大纲
课程简介及晶体结构
课程简介
1.1.1 晶体的特征——固体的分类
1.1.2 晶体的特征——固体的宏观特性
1.2.1 晶体的微观结构——空间点阵与基元
1.2.2 晶体的微观结构——初基原胞
1.2.3 晶体的微观结构——惯用原胞
1.2.4 晶体的微观结构——魏格纳赛兹原胞
1.3 晶体的对称性
1.4.1 晶格的基本类型——二维晶格
1.4.2 晶格的基本类型——三维晶格与晶系
1.5.1 典型的晶体结构——典型的晶格结构
1.5.2 典型的晶体结构——典型的晶体结构
1.6.1 晶面和晶面指数——格点和晶向指数
1.6.2 晶面和晶面指数——晶面指数
1.7.1 晶格的倒格子与布里渊区——晶体的倒格子基矢
1.7.2 晶格的倒格子与布里渊区——布里渊区
1.8 晶体中的X光衍射
晶体的结合
2.1 内能函数与晶体的性质
2.2 离子结合
2.3 共价结合
2.4 金属结合
2.5 范德瓦尔斯结合
2.6 氢键结合
2.7 晶体结合的规律性
晶格振动
3.0 晶格振动绪论
3.1.1 一维单原子晶格的振动——物理模型与运动方程
3.1.2 一维单原子晶格的振动——波恩——卡门周期性边界条件
3.1.3 一维单原子晶格的振动——关于格波的讨论
3.2.1 一维双原子链的晶格振动——模型与色散关系
3.2.2 一维双原子链的晶格振动——关于声学波和光学波的讨论
3.2.3 一维双原子链的晶格振动——三维晶格振动
3.2.4 一维双原子链的晶格振动——格波态密度函数
3.3.1 晶格振动的谐振子和声子
3.3.2 平均声子数与确定声子谱的方法
3.4.1 晶格热容的基本概念与原理
3.4.2 爱因斯坦模型与徳拜模型
3.5.1 简谐近似的局限性
3.5.2 热膨胀
3.5.3 热传导
3.5.4 声子热传导与温度的关系
固态电子论基础
4.1 经典自由电子论
4.2 费米分布函数与费米能级
4.3 索末菲自由电子气模型
4.4 金属的热容、电导与热导
4.5 功函数与接触电势差
固体能带论
5.1 固体中电子的共有化和能带
5.2 布洛赫定理
5.3 能带填充与导电性——满带
5.4 能带填充与导电性——空穴,导体、半导体和绝缘体
晶体中的缺陷
6.0 晶体中的缺陷——绪论
6.1.1 点缺陷--几种典型的点缺陷及热缺陷的统计理论
6.1.2 点缺陷--色心及点缺陷与材料性能
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预备知识
参考资料
1.曹全喜 雷天民 黄云霞 李桂芳 张茂林,《固体物理基础(第二版)》,西安电子科技大学出版社,2017
2. 黄昆原著,韩汝琦改编,《固体物理学》,北京:高等教育出版社,1988。
3. 王矝奉编著,《固体物理教程》(第三版),济南:山东大学出版社,2004。
4. 阎守胜编著,《固体物理基础》,北京:北京大学出版社,2000。
5. 宗祥福,翁渝民编著,《材料物理基础》,上海:复旦大学出版社,2001。
6. 韦丹著,《固体物理》,北京:清华大学出版社,2003。
7. 杜丕一,潘颐编著,《材料科学基础》,北京:中国建材工业出版社,2002。
8. 方俊鑫,陆栋著,《固体物理学》,上海:上海科学技术出版社,1983。
9. 孙会元主编,《固体物理基础》,北京:科学出版社,2010。
常见问题
Q : 作业为主观题,如何提交和评分?A : 建议作业写在纸上,拍照上传,要求步骤清晰,书写认真。评分采用同学互评的形式,解析中会提供参考答案和评分标准。
Q : 讨论区的分数要如何取得?A : 必须参与回复在“课堂交流区”由教师发起的主题讨论,系统才会统计得分,个人发帖不计入讨论区得分,在其他同学的回复下进行评论也不会计入讨论区得分。
Q : 测验和作业如果错过截止时间,是否能够补做?A : 可以补做,但不计入分数。