Материал: Sb97812

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

А. И. ДУСЬ

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2018

УДК 530.145 (07)

ББК В 314я7

Д84

Дусь А. И.

Д84 Физика конденсированного состояния: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. 22 с.

ISBN 978-5-7629-2408-5

Содержит комплекс учебно-методических материалов для самостоятельной работы и подготовки к занятиям по дисциплине «Физика конденсированного состояния».

Предназначено для обучающихся в бакалавриате по направлению 11.04.03 «Электроника и наноэлектроника».

УДК 530.145 (07)

ББК В 314я7

Рецензент – зам. генерального директора ПАО «Светлана», канд. техн. наук В. А. Клевцов.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем учебно-методическом пособии изложена методика проведения занятий по дисциплине «Физика конденсированного состояния», а также даны рекомендации по самостоятельной работе. Материал предназначен для обучающихся по заочной и очно-заочной (вечерней) формам.

Учебная работа студента по дисциплине «Физика конденсированного состояния» складывается из установочного занятия по дисциплине, самостоятельного изучения дисциплины с использованием рекомендованной учеб- но-методической литературы, выполнения и защиты рефератов, лекций, практических занятий, сдачи экзамена в ходе экзаменационной сессии в конце семестра.

На установочном занятии преподаватель знакомит студентов с изучаемой дисциплиной и ориентирует их на наиболее важные и сложные моменты, рекомендует учебно-методическую литературу, выдает задания на контрольные работы и утверждает темы рефератов.

Самостоятельная работа с учебно-методической литературой является главным и основным видом работы студента. При этом необходимо руководствоваться следующими положениями:

1.Изучать литературу следует систематически в течение всего семестра.

2.Выбрать в качестве основного один из рекомендуемых источников, наиболее полно освещающий содержание программы.

3.Желательно в процессе работы над дисциплиной составить конспект, включающий основные формулировки, законы и соотношения, графики и поясняющие рисунки.

4.С целью самоконтроля следует после изучения каждого раздела ответить на соответствующие позиции перечня экзаменационных вопросов.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

1.Знать основные законы и математический аппарат дисциплины «Физики конденсированного состояния».

2.Овладеть навыками использования математического аппарата дисциплины при изучении последующих курсов.

3

1.ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Внастоящем разделе рассмотрена методика проведения практических занятий, приведены примерные темы докладов, даны рекомендации по подготовке к докладам и написанию рефератов.

1.1.Методика проведения практических занятий

Практические занятия проводятся с целью закрепления и углубления знаний, развития у студентов навыков самостоятельного изучения особенностей математического аппарата квантовой механики, а также навыков работы с научно-технической и справочной литературой. На занятиях студенты делают доклады по материалам дисциплины с их последующим обсуждением в аудитории. По материалам доклада представляется развернутый реферат.

Ориентировочное время выступления с докладом составляет 10–15 мин. За это время докладчик в сжатой форме излагает основные положения своей работы, при этом ему следует учитывать студенческую аудиторию, то есть изложение должно быть предельно точным, простым и понятным. В этом состоит одна из наибольших сложностей доклада. Чтобы ясно и просто объяснить содержание сложного материала, необходимо самому хорошо разбираться в нем.

После доклада автор должен ответить на вопросы студенческой аудитории и преподавателя, принять участие в возможной дискуссии. Итог выступления и дискуссии с оценкой доклада подводит преподаватель. Оценки выступления и материала реферата являются частью общей оценки знаний студента.

1.2.Программа дисциплины

Внастоящем подразделе приведены программа дисциплины, которая позволит студентам лучше ориентироваться при подготовке к занятиям, и примерные темы рефератов.

Введение. Предмет, структура и содержание курса, связь с другими дисциплинами учебного плана.

Тема 1. Структура кристаллов. Кристаллические и аморфные вещества. Трансляционная симметрия. Основные типы кристаллических решеток. Индексы Миллера. Обратная решетка. Методы структурного анализа. Дефекты кристаллической структуры. Жидкие кристаллы. Типы межатомных связей.

4

Силы Ван-дер-Ваальса, ионные кристаллы, кристаллы с ковалентными связями, металлическая связь.

Тема 2. Динамика кристаллической решетки. Колебания ионов в кристаллической решетке. Зоны Бриллюэна. Акустические и оптические ветви спектра. Квантовый характер колебаний решетки. Фононы. Теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение.

Тема 3. Энергетические зоны в кристалле. Приближение сильной и слабой связи. Решение уравнения Шредингера для линейной цепочки прямоугольных потенциальных ям. Одномерное, двумерное представление о зонах Бриллюэна. Движение электронов в кристалле. Понятие об эффективной массе. Электроны проводимости и дырки. Заполнение электронами энергетических зон. Энергетические диаграммы металлов, диэлектриков и полупроводников.

Тема 4. Собственные и примесные полупроводники. Энергетические диаграммы собственных и примесных полупроводников. Донорные и акцепторные примеси. Особые электронные состояния в кристаллах (поверхностные энергетические уровни, F-центры). Понятие о квазичастицах твердого тела (плазмоны, поляроны, экситоны, магноны).

Тема 5. Статистика носителей заряда в полупроводниках. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Вырожденные и невырожденные полупроводники. Уравнения электронейтральности. Дебаевский радиус. Уровень Ферми и зависимость его положения от температуры тела и концентрации примесей.

Тема 6. Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей. Среднее время жизни. Квазиуровни Ферми. Диффузия и дрейф носителей. Уравнение непрерывности. Стационарная инжекция. Диффузионная длина. Диэлектрическая релаксация. Неоднородные полупроводники.

Тема 7. Кинетическое уравнение Больцмана. Функция распределения. Кинетическое уравнение. Время релаксации. Электропроводность невырожденного и вырожденного электронного газа. Рассеяние носителей заряда.

Тема 8. Электропроводность твердых тел. Проводимость металлов и ее зависимость от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры тела и концентрации примесей. Эффект Холла. Магниторезистивный эффект. Влияние сильного элек-

5