《固体物理》课程教学大纲

1、固体物理Solid State Physics一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3 学分课程总学时：48 学时，其中讲课：48学时，实验（含上机）：0学时，课外0学时课程性质：必修开课学期：第6学期先修课程：大学物理、高等数学、电磁场与电磁波、量子力学等适用专业：光电信息科学与工程、材料物理教材：蒋平、徐至中编著，固体物理简明教程（第二版），复旦大学出版社，2007年开课单位：物理与光电工程学院光电工程系二、课程性质、教学目标和任务本课程的授课对象为光电信息科学与工程、材料物理专业本科生,为必修课，通过这门课程的学习，使学生理解晶体结构的基本描述，固体电子论和能带理论，以及实际晶体

2、中的缺陷、杂质、表面和界面对材料性质的影响等，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展，为以后的专业课学习打好基础。主要教学内容包括：固体物理的基本知识，包括晶体结构、晶体中原子和电子的运动、晶体结合等，并在此基础上叙述固体的机械、热学、电学、磁学、光学、超导电性等物理性质。重点研究固体的结构及组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，以固态电子论和固体的能带理论为主要理论，阐明固体的性能和用途。三、教学内容和要求第1章晶体结构（10学时）绪论 HYPERLINK l _Toc7429 1.1布拉菲格子 HYPERLINK l _Toc19227

3、 1.2几种典型的晶格结构 HYPERLINK l _Toc15738 1.3晶体的宏观对称性 HYPERLINK l _Toc16808 1.4晶列指数与晶面密勒指数 HYPERLINK l _Toc28596 1.5晶系 HYPERLINK l _Toc4217 1.6倒格子 HYPERLINK l _Toc23898 1.7二维晶体结构 HYPERLINK l _Toc6492 1.8确定晶体结构的方法(1)了解：固体物理学的研究内容、固体物理学的发展历史和研究方法；晶格对称性、晶体表面的几何结构、非晶态材料的结构和准晶态。(2)理解:空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、晶

4、体的宏观对称性、倒格子的概念、X射线衍射分析晶体结构的方法。(3)掌握:倒格矢与正格矢关系、确定晶向指数和米勒指数的方法、晶面间距的计算方法。第2章晶体中的电子和声子（8学时） HYPERLINK l _Toc11477 2.1布洛赫定理 HYPERLINK l _Toc19865 2.2布里渊区 HYPERLINK l _Toc1203 2.3克龙尼克-潘尼问题 HYPERLINK l _Toc21092 2.4许可带与禁带 HYPERLINK l _Toc4807 2.5一维布拉菲格子的晶格振动 HYPERLINK l _Toc3563 2.6一维复式格子的晶格振动 HYPERLINK l

5、 _Toc32136 2.7声子（1）了解：三维晶格的振动规律。（2）理解：布里渊区的概念、克龙尼克潘纳模型、许可带与禁带的基本概念、长波近似的概念、晶格振动的量子化和声子的概念、长波近似的概念。（3）掌握：布洛赫定理、一维单原子链的振动规律、一维双原子链的振动规律。第三章外场作用下晶体电子的运动（6学时） HYPERLINK l _Toc2500 3.1晶体中电子的速度 HYPERLINK l _Toc6473 3.2电子在外场作用下的加速度，有效质量，等能面 HYPERLINK l _Toc15808 3.3导体，绝缘体和半导体，布洛赫振荡，空穴 HYPERLINK l _Toc18486

6、 3.4金属的电导 HYPERLINK l _Toc11893 3.5霍尔效应（1）理解：晶体中电子运动的速度，加速度，有效质量和等能面的概念、禁带，导带，价带的概念、金属的能带结构。（2）掌握：导体，绝缘体和半导体的能带论解释、费米分布函数、霍尔效应。第四章固体的热学效应（8学时） HYPERLINK l _Toc25408 4.1电子的状态密度 HYPERLINK l _Toc25854 4.2电子气的费米能级 HYPERLINK l _Toc15192 4.3电子的热容 HYPERLINK l _Toc12730 4.4固体的热容 HYPERLINK l _Toc32180 4.5爱因斯

7、坦模型 HYPERLINK l _Toc31256 4.6德拜模型 HYPERLINK l _Toc23272 4.7固体的热膨胀 HYPERLINK l _Toc4529 4.8固体的热传导（1）了解：金属的经典电子气理论、电子气的基态性质。（2）理解：热容的概念、爱因斯坦模型、德拜模型、固体的热膨胀、热传导。（3）掌握：电子气的状态密度和费米能级；爱因斯坦模型和德拜模型解释固体的比热性质。第五章固体的机械性质（6学时） HYPERLINK l _Toc4123 5.1固体的结合类型 HYPERLINK l _Toc24893 5.2晶体的弹性 HYPERLINK l _Toc10919 5

8、.3范性形变和滑移 HYPERLINK l _Toc29224 5.4滑移与位错 HYPERLINK l _Toc25050 5.5晶体中的其他缺陷（1）了解：范德瓦尔斯结合和元素和化合物晶体结合的规律性。（2）理解：离子性结合、金属性结合、氢键、晶体的弹性相关概念。（3）掌握：共价结合、范性形变和滑移、 HYPERLINK l _Toc25050 晶体中的位错缺陷。第六章半导体中的电子过程（10学时） HYPERLINK l _Toc27600 6.1半导体的能带结构 HYPERLINK l _Toc32702 6.2杂质 HYPERLINK l _Toc14259 6.3载流子的统计 HY

9、PERLINK l _Toc22793 6.4半导体的输运特性 HYPERLINK l _Toc27673 6.5载流子效应 HYPERLINK l _Toc5541 6.6非平衡载流子 HYPERLINK l _Toc22779 6.7 p-n结和晶体管 HYPERLINK l _Toc22134 6.8金属-氧化物-半导体（MOS）结构（1）了解：非平衡载流子、异质结、MOS结构。（2）理解：典型半导体的能带结构；半导体中的杂质类型；半导体中电子的费米统计分布。（3）掌握：半导体价带顶和导带底的能带结构、 HYPERLINK l _Toc22793 半导体的电导率计算。四、课程考核1. 作业等：作业：6 次。2考核方式：闭卷考