固体物理复习_简述题

固体物理基本概念和知识点第一章基本概念和知识点1 )什么是结晶、非晶和多晶？ (h )*晶面为有序、对称配置的固体，具有长有序特征的固体在称为结晶的冷凝过程中不经过结晶化(即有序化)阶段，原子排列长的无序固体称为非晶质。 由微米级大小的晶粒构成的固体称为多晶。2 )原始单元和单元单元是什么(h )*原始单元是晶格的最小周期性单元，有时不能反映晶格的对称性为了使晶格的对称性发生反应，所选择的大的周期单位称为单位晶格。3 )晶体有多少种晶系和泡沫晶格？(h )*按结构分为7大晶系，共14布拉格。4 )立方晶系有多少布拉伐格子，画出合适的格子。 (h )*立方晶系有单纯立方、体心立方、面心立方3种斑点阵列。5 )简单格子和复式格子是什么？ 简单的格子和复式格子的例子分别列举了三个。 (h )*在简单的晶格中，一个原细胞只含有一个原子，所有原子在几何位置和化学性质上完全等价。 碱金属具有体心立方晶格结构Au、Ag、Cu具有面心立方晶格结构，它们都是简单的晶格复式晶格含有两种以上的等价原子，不同的等价原子分别构成相同的简单晶格，复式晶格由它们的子晶格组合而成。一个是由NaCl、CsCl、ZnS等不同原子或离子构成的结晶，一个是相同的原子，但几何位置不等价的原子构成的结晶，例如是具有金刚石结构的c、Si、Ge等6 )钛酸钡是由什么样的简单格子嵌套而形成的(h )*立方体的项角有钡(Ba )、钛(Ti )在体心，面心有三组氧(o )。 三组氧(OI、OII、OIII )周围的情况各不相同，晶格整体由Ba、Ti和OI、OII、OIII分别构成的单纯立方晶格(共计5个)构成。7 )金刚石为什么是复式晶格？金刚石原细胞有多少个原子？单位晶格有多少个原子(h )*金刚石有立方体的8个顶角和6个面的中心原子等价，身体对角线的1/4的c原子等价的2种等价的c原子。 金刚石结构由完全等价的两组面心立方晶格套构成。 金刚石属于面心立方晶格，原细胞有2个c原子，单细胞有8个c原子。第二章基本概念和知识点1 )简述离子性和共价键结晶键的特点。 (h )*离子性结合：正离子和负离子之间通过库仑吸引力相互接近，在一定程度上接近，由于气泡的不互换性原理，两个离子封闭壳层的电子云的重叠产生强的排斥力。 斥力与吸引力平衡，形成稳定的离子晶体的基本特征是以离子为结合单位，要求正负离子的相间排列。共价键：共价键是指两个原子逐一对电子作出贡献，即形成共价键的两个基本特征是饱和性和方向性。2 )简述金属性和范德瓦尔斯键的特点。 (h )*金属性键：基本特征是电子的“共有化”。 也就是说，与晶体结合时，属于各原子的价电子不受原子束缚，在晶体内运动的电子云和原子之间具有库仑作用，体积越小电子云的密度越高，库仑相互作用的库仑能量越低，表现出原子聚集的作用。范德华性结合：惰性元素最外层的电子为8个，具有球对称的稳定封闭结构。 某一瞬间，正、负的中心重合，原子发现瞬时偶极矩，它在其他原子上产生感应极矩。 非极性分子晶体通过这种瞬时偶极矩的诱导作用相结合。第三章基本概念和知识点1 )什么是声子？ 长波的声子又分为极化声子和电磁声子，其意思是什么(HH )声子是晶格振动的能量量子。 晶体中存在不同频率的振动模式，称为晶格振动，晶格振动能量可以用声子描述，声子可以被激励或消失。 1分晶体中的长波是极化波，长波的声子被称为极化声子(LO )，只有长波的纵波伴随着宏观的极化电场，极化声子主要指纵光声子。 2分长光学横波不伴宏观、无旋转的极化电场。 长的光学横波伴随着旋转的宏电场，会引起旋转的某个磁场，旋转的某个电场感可能产生旋转的某个磁场。 长光学横波声子称为电磁声子(TO )，长光学横波具有电磁性，可与光场耦合。 2分2 )什么是固体比热的器件模型？ 计算结果表明，为什么低温下迪拜近似？ (HH )迪拜以连续介质的弹性波代表格波，将布拉格光栅视为各向同性连续介质，提出有1个纵波，2个横波。 2分计算的结果是：低温极限下： 是与温度的三次方成比例的递送模型，因为用固态晶格波代替声波，并且色散关系随着温度的降低而仅激发出更长的声格波，所以递送近似更好，并且与实验结果更一致。 3分钟3 )简述固体比热的爱因斯坦模型？ 说明计算结果的意思。 (h )*假定有n个原子组成的晶体，晶体中的所有原子都以相同频率振荡。计算结果表明，当温度高时： 与杜伦宠物定律一致。如果温度非常低：热容量随温度的指数下降，与实验结果不符。 爱因斯坦的模型忽略了各格波的频率差。4 )写出一维二原子链的声波和光学波在布里渊区的中心和边界的色散关系，描绘对应两种格波的色散关系的光谱。 (h )*声波：光波：5 )如果原细胞有原子的话，结晶有多少条声波和光学波？ 在长波的极限，声波和光学波表示的原子是什么样的运动？ (HH )第四章基本概念和知识点1 )吹塑函数的意思是什么？写三维电子的吹塑函数。 (h )*布罗定理：当晶体中的势场具有晶格周期性时，电子的波函数满足以下条件是向量其意思是，当格子向量直线移动时，电子的波函数只增加相位系数。电子波函数： 吹函数2 )基于能带理论简述金属、半导体和绝缘体的导电性。 (h )金属：向带中填充电子可以形成不满带即传导带，因此一般为导体半导体：从带结构来看与绝缘体类似，但半导体的禁带宽度比绝缘体的宽度窄，热激发能激发带中的电子到传导带，因此具有导电能力。绝缘体：价格电子恰好满足了允许的带，形成了全带。 由于传导带和价带之间有很宽的禁带，电场不会产生电流。3 )简述近自由电子近似模型、方法和得出的主要结论。 (HH )(见第一位老师提出的问题)4 )通过分析x射线辐射光谱，阐明了哪些部分是金属，哪些部分是非金属，光谱的含义。 (HH )5 )简述约束近似模型的思想和主要结论。 (h )*束缚模型：当电子接近一个原子(晶格点)时，主要受其原子势场的作用，将其他原子(晶格点)势场的作用视为微噪声，将晶体中电子的波函数逼近原子轨道波函数的线性耦合，得到原子能级与晶体中带的关系。结论：一个核能级别对应一个频带，不同的核能级别对应不同的频带。 原子变成固体，就形成了一系列的带。内层电子的轨道小，原子间的内层电子的波函数相互重叠少，对应的频带狭窄。能量高的能级对应于外层电子，其轨道大，原子间的外层电子的波函数互相重叠多，对应的频带宽。6 )说明从原子价电子数分析元素结晶导电性的方法(HH )每个原细胞的价电子数是奇数的物质，一定是导体。偶数物质一般为绝缘体或半导体，但少数价带与传导带重叠时，可能是导体或半金属材料。第五章基本概念和知识点什么是大厅？ 为什么要引进大厅？ (h )*一个空态的几乎全带电子运动形成的电流和一个正电荷，以状态的电子速度运动的粒子产生的电流相同。 这个天空的状态叫做大厅。 导入空穴，得到接近皮带的导电性(在状态为空的附近，其总电流像带正电荷e的粒子一样，以空的状态的电子速度产生，该空的状态为空穴，空穴具有正的有效质量，位于满带的顶部附近，空穴为准粒子)。2 )把电子看作经典粒子，速度和运动方程式是什么？ 在什么情况下可以把电子看作准古典粒子？ (HH )电子状态变化的基本公式：电子的速度：只有在自由行程远大于原细胞的线度时，电子才可视为准古典运动的粒子。3 )简述导带中的电子在外场产生电流。 (h )*传导带只填充了部分状态的电子，外野的作用使布里渊区的状态分布发生变化。 所有的电子状态都以相同的速度向电场的相反方向运动，但是频带是不满频带，因为向反电场方向运动的电子多，所以会产生电流。4 )解释全频带中的电子在外场不产生电流的原因。 (h )*有外场e时，所有电子状态都以相同速度向电场的相反方向运动。 满带时，电子运动不改变布里渊区电子的分布。 因此，当有外场作用时，满带电子不产生宏观电流。5 )在传导带的底部和价格带的顶部附近，说明电子的能量具有什么样的特征(HH )6 )简述固体中电子有效质量的意义。 (HH )有效质量的物理意义：通过将晶体周期势场的作用归纳为电子的有效质量，导入有效质量后，结合晶体中电子准古典运动的加速度和外力，可以将运动复杂的晶体电子视为简单的自由电子引入有效质量用途：讨论晶体电子运动时，问题变得简单，否则几乎不可能。第六章基本概念和知识点1 )简要叙述电子热容量子理论对金属中电子固体热容量的贡献。量子理论认为，许多电子的能量远低于费米的能量，泡沫原理不能参与热激发，只有在附近的大约范围内电子参与热激发，有助于金属的热容量。 计算结果表明，电子热容量与温度的平方成正比。为什么不考虑温度高时电子对固体热容量的影响？量子理论认为，许多电子的能量远低于费米的能量，泡沫原理不能参与热激发，只有在附近的大约范围内电子参与热激发，有助于金属的热容量。 在一般温度下，晶格振动的热容量在比电子的热容量大得多的温度高时，热容量大致恒定。温度低时，需要考虑电子对热容量的贡献吗？ (HH )在低温区中，晶格振动的热容量在温度的三次方时变为零，但是电子的热容量与温度的一次方成比例，随着温度的下降而缓慢变化，在这种情况下，与晶格振动的热容量相比，电子的热容量不能忽略。2 )为什么绝对零度的时候，金属中的电子还有很高的能量呢？ (h )*温度时：电子的平均能量(平均动能):电子还具有相当大的平均能量。 由于电子必须满足泡沫的不兼容性原理，每种能量状态只允许两个自旋相反的电子。 因此，并非所有的电子都充满了最低能量状态。3 )简述研究金属热容量的意义，以过渡元素热容量高为例进行说明。 (HH )许多金属的基本性质是能量依赖于附近的电子，电子的热容量成比例，从电子的热容量可以得到费米面附近的能量密度信息。反映出过渡元素Mn、Fe、Co、Ni具有较高的电子热容量，在费米面附近具有较大的能量密度。过渡元素的特点是d壳层的电子填充不满，从带理论分析，有的d带没有电子填充。 原子的d状态是比较内侧的轨道，由于在形成结晶时相互重叠较小，所以产生窄的能带，由于施加的轨道退化为5重，所以形成的5个能带产生一定的重叠，d能带具有特别大的能态密度由于过渡金属只是部分填充d带，费米能级在d带内。4 )简要叙述金属接触电位差形成两个不同的金属a和b相互接触，两个金属的费米能级不同，因此相互接触时发生电子交换，电子从费米能级高的金属流向费米能级低的金属，使一方的金属的接触面带正电(电子流出的金属)，使另一方的金属的接触面带负电(电子流入) 因此，两种金属产生接触电位差。经典功函数和量子理论功函数的含义是什么？ (HH )5 )什么是金属费米面？ 采用近自由电子近似，接近布里渊区边界时费米面是怎样变化的？ (h )*固体中电子填充的最高能量称为费米能量。 状态空间中形成了被称为费米面的等能量面。 一般来说，由于带的重叠，费米面分布在几个布里渊区，由几个等能面构成。自由电子的费米面是球面。 在近自由电子近似模型中，费米面在接近布里渊的地方向外侧突出。第七章基本概念和知识点1 )简述n沟道晶体管的工作原理； (h )*在栅极电压较小的情况下，源极区域s和漏极区域d被p型区域划分，即使在SD之间施加一定的电压，由于SP和DP区域构成两个逆PN结，因此只有微弱的PN逆结电流。如果栅极电压等于或大于预定的阈值，则在p型半导体层和氧化物表面上形成的反型层33至354中的电子的浓度变得比空穴的浓度高，反型层将源极区域s连接至漏极区域d。在这种情况下，如果向SD施加电压，则会产生显着的电流。控制栅极电压的极性和数值，以使MOS晶体管导通/截止，并将源极区域s与漏极区域d之间的电流应用于栅极电压的调制集成电路。2 )本征光吸收迁移和电子空穴复合发光是什么？ 半导体固有的边缘吸收光的波长是多少？ (h )*本征光吸收：光将价带中的电子激发为传导带，形成电子-空穴对的工艺称为本征光吸收。 电子空穴对复合发光是本征光吸收的反过程，传导带底部的电子转变为价带顶部的空态能级，发射能量为带隙宽度左右的光子。固有光吸收光子能量的长波长极限： 固有吸收边3 )简述半导体固有激发的特点。 (h )*在足够高的温度下，充满传导带的电子激发(真性激发)是主要的。 本征激发特征是每次产生电子时都会产生空穴：，这里是带隙宽度。因为温度变化会变得陡峭。 在该范围内，可以测量、分析载波的温度变化之间的关系，并且可以确定带隙宽度。4 )什么是非平衡载体？ (h )*热平衡下，半导体中传