- •Предисловие
- •1. Структура и симметрия твердого тела
- •1.1 Конденсированное состояние вещества. Дальний и ближний порядок. Кристаллические и аморфные тела. Анизотропия кристаллов. Поликристаллы. Полимеры.
- •1.2. Структура кристаллической решетки.
- •1.3. Геометрические элементы кристалла. Вектор обратной решетки.
- •1.4. Дифракция волн в кристалле.
- •1.5. Классификация кристаллов по типам связи.
- •1.6. Симметрия атомов и типы образуемых ими простейших структур.
- •2. Тепловые свойства кристаллов
- •2.1.Теплоемкость кристаллов.
- •2.2. Решеточная теплопроводность твердых тел.
- •3. Электронная структура кристаллов.
- •3.1.Движение электронов в периодическом поле. Зонная структура энергетического спектра электронов в кристалле. Функции Блоха. Дисперсионные кривые. Эффективная масса.
- •3.2. Заполнение зон электронами и деление тел на металлы, диэлектрики и полупроводники.
- •3.3 Температурная зависимость функции распределения электронов по энергетическим состояниям – функция распределения Ферми – Ди-рака.
- •3.4. Электронный газ в металлах.
- •3.5. Электропроводность металлов.
- •3.6. Явление сверхпроводимости.
- •4. Полупроводниковая электроника
- •4.2. Примесные полупроводники.
- •4.3. Электропроводность полупроводников.
- •4.4. Эффект Холла.
- •4.5. Контактные явления в металлах и полупроводниках.
- •4.6. Контакт металла с полупроводником.
- •4.8. Полупроводниковые триоды (транзисторы). Тиристоры.
- •4.9. Гетеропереходы в полупроводниках.
- •5.2. Люминесценция твердых тел
- •5.3. Фотоэлектрические явления в р – n – переходе.
- •5.4. Светодиоды.
- •5.5. Преобразование инфракрасного излучения в видимое.
- •5.6. Полупроводниковые лазеры.
- •6. Магнитные свойства твердых тел
- •6.1. Классификация твердых тел по их магнитным свойствам.
- •6.2. Природа диамагнетизма.
- •6.3. Природа парамагнетизма.
- •6.4. Ферромагнетики.
- •6.5. Антиферромагнетизм. Ферриты.
- •Литература
- •Предметный указатель
Министерство образования Российской Федерации Северо-Западный государственный заочный технический университет
А.И. Шерстюк
Физика твердого тела
письменные лекции
Санкт-Петербург
2001
Предисловие
Предлагаемый курс лекций предназначен в первую очередь для студентов и аспирантов Северо-Западного технического университета, обучающихся на факультете радиоэлектроники и на энергетическом факультете по специальности 2004 «Промышленная электроника». Пособие составлено в соответствии с программой и тематическим планом курса физики твердого тела по этим специальностям. Основная цель курса - ознакомление студентов с важнейшими понятиями и положениями современной физики твердого тела, что позволит им свободно ориентироваться в обширнейшей литературе по данному предмету и поможет в дальнейшей самостоятельной работе по избранной специальности.
Основное внимание в данном курсе уделено электрическим и магнитным свойствам кристаллических твердых тел, и прежде всего вопросам полупроводниковой электроники, а также оптическим явлениям в полупроводниковых структурах. На основе рассмотрения фундаментальных физических явлений, происходящих в твердых телах под действием внешнего поля и электромагнитного излучения, дается описание основных физических принципов работы важнейших приборов и устройств, составляющих элементную базу современных информационных технологий и телекоммуникационных систем. В частности, в данном курсе впервые в учебной литературе излагаются особенности использования гетеропереходов в полупроводниковых структурах и принципы работы приборов и устройств на основе гетероструктур – транзисторов, тиристоров, фотоэлектрических приемников и преобразователей излучения, полупроводниковых гетеролазеров и т.д. Все эти приборы и устройства получили в настоящее время самое широкое распространение и являются предметом исследований большинства ученых и конструкторов, работающих в области физики полупроводников. Огромный вклад в это направление исследований внесла Санкт-петербургская школа физиков во главе с академиком Ж.И. Алферовым, удостоенным за эти работы Нобелевской премии за 2000 год.
При написании текста лекций основное внимание было направлено на сочетание простоты и доступности с достаточной физической строгостью изложения механизма явлений и процессов в твердых телах на микроскопическом уровне. В то же время, тематическая направленность книги и ограниченность ее объема привели к неизбежному ограничению круга рассмотренных в ней вопросов. Вопросы структуры и симметрии
кристаллов, колебаний кристаллической решетки и тепловых свойств твердых тел, дифракции волн на кристаллической решетке излагаются лишь в объеме, необходимом для понимания дальнейших глав, посвященных электронным свойствам кристаллов. В книге не рассматриваются механические свойства кристаллов, аморфные твердые тела и полимеры.
Данный курс в основном рассчитан на самостоятельное изучение и для усвоения содержащегося в нем материала не требуется обращения к другим литературным источникам. В то же время предполагается знакомство студентов с основами квантовой механики и статистической физики в объеме, изучаемом в III части курса общей физики СЗТУ. Наряду с этим, он может быть использован аспирантами и преподавателями в качестве справочного пособия.