Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2012-Физика ТТ и ПП.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.01.2020
Размер:
1.88 Mб
Скачать

84

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Филиал «Угреша»

В.И. Баринов,

доцент,

к.физ.-мат.н.,

Курс лекций

«Физика твердого тела и полупроводников для инженеров»

Учебное пособие

Кафедра новых материалов и технологий

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава I. Строение и механические свойства кристаллических тел

Глава II. Электрические и тепловые свойства кристаллических тел

Глава III. Полупроводниковые гомоструктуры

Глава IV. Полупроводниковые гетероструктуры

Глава V. Аморфные тела

Глава VI. Оптические свойства твердых тел.

Заключение

Дополнительная литература

Введение

Твердые тела – это вещества, которые обладают некоторой жесткостью по отношению к сдвигу. Физика твердого тела – это наука о строении, свойствах твердых тел и происходящих в них явлениях.

Обычно внутренняя структура твердых тел является кристаллической по форме. Так, например, почти все минералы и все металлы в твердом состоянии являются кристаллами.

Кристаллы характеризуются правильным, упорядоченным расположением атомов. Другими словами, в них существует строгая повторяемость одних и тех же элементов структуры (атомы, группы атомов, молекулы, ионы). Следствием этого оказывается проявление в них резко выраженной анизотропии, т.е. зависимости ряда физических свойств (механических, тепловых, электрических, оптических) от направления.

Тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям, называются изотропными. Изотропны, кроме газов и (за отдельными исключениями) всех жидкостей, также аморфные твердые тела. С точки зрения современной физической классификации, аморфные твердые тела представляют собой переохлажденные жидкости.

Физика твердого тела является одним из важнейших разделов современной науки. Можно сказать, что вторая половина ХХ-го века явилась периодом триумфальных успехов в области практических применений ее положений и выводов в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Это и возникновение полупроводниковой техники во всем ее многообразии, и становление квантовой электроники (твердотельные лазеры, оптоэлектроника, фотоэлектроника), и создание материалов с уникальными физическими свойствами, определяющими в значительной степени важнейшие направления научно-технического прогресса.

В настоящее время физика твердого тела становится базой для создания и бурного развития целого спектра новых научно-технических приложений, объединяемых формально в виде нового класса технологий, а именно, нанотехнологий. Нанотехнологии оперируют с объектами и структурами, имеющими размеры от единиц нанометров (1 нм = 10 -9 м) до десятков и сотен нанометров. В нанометровом диапазоне мы имеем дело уже, фактически, с группами атомов, а в ряде случаев (пока только в научной практике) должны уметь оперировать, буквально, и с отдельными атомами. Обоснованно считается, что нанотехнологии будут определять лицо научно-технического прогресса XXI-го века.

В связи с вышесказанным понятно, почему сегодня в большинстве высших учебных заведений читаются отдельные курсы физики твердого тела, базирующиеся на фундаменте квантовой механики (нерелятивистской) и статистической физики. Последнее уже само по себе предопределяет значительную сложность изучаемого предмета, тем более что большинство изданных учебных пособий методологически ориентировано на возможности студентов-физиков. С другой стороны, учебные пособия, предназначенные для инженерных специальностей, или немногочисленны и, соответственно, труднодоступны, или имеют слишком узкоспециализированный характер. Поэтому в данном учебном пособии, предназначенном для подготовки будущих инженеров в области материаловедения и информатики, упор в изложении материала сделан на сочетании представлений современной физики твердого тела на достаточно доступном уровне с последовательным отражением чисто инженерных характеристик конструкционных и полупроводниковых материалов, а также полупроводниковых приборов. Именно поэтому соответствующий курс лекций, читаемый в филиале «Угреша» университета «Дубна», носит название «Физика твердого тела и полупроводников для инженеров» и ориентирован, как уже было сказано, на студентов инженерных специальностей.

Конечно, в рамках, по сути дела, вводного курса невозможно адекватно отразить все многообразие проблем и достижений физики твердого тела и сопряженных с ней технических дисциплин. Поэтому в конце данного пособия приведен список дополнительной литературы, которая может быть использована для более углубленного изучения конкретных направлений современной физики твердого тела применительно к соответствующим задачам техники и технологии.