固体物理学课件.pdf

前 言 一、固体是物质存在的基本形式之一 按照物理学分类，在常温常压下,物质存在的状态分为液态、气态、固态、等 离子态，对应的物资形态称为液体、气体、固体、等离子体： 液态 固态 液体 固体 等离子态 气态 等离子体 气体 一定条件下,物资状态可以互相转化。 近代科学研究表明，固体由大量的原子（或离子）组成，每立方厘米中大约 23 有10 个原子。巨大数量的原子以一定的方式排列，其排列方式称为固体的微结构。 微结构是研究固体材料的宏观性质和微观过程的基础。 按照晶体中原子、分子微结构的有序程度，人们将固体进行以下分类： 原子有序排列尺度在原子尺度 -8 -10 （1埃= 10 厘米=0.1纳米= 10 米） （短程序）。 非晶体 例：非晶硅 晶体中的原子（离子）在整个 固体中有序排列； 单晶体 例：单晶硅 -6 原子有序排列尺度≥10 米 （微米），长程序（远程序） 固体 晶体 晶体中的原子（离子）在微米量级 范围有序排列，形成单晶粒，整个 多晶体 晶体由单晶粒随机堆积而成。晶粒 一种介于晶态和非晶态之间的 与晶粒之间存在晶粒间界； 准晶体 状态。特点：具有五次旋转对 例：多晶硅 称轴，但没有周期性。 原子（离子）在几纳米范围内有序排列，形成晶粒，晶粒之间不接触， 微晶体 “悬浮”在非晶组织中； 例：纳米晶体、超晶格 硅单晶体金刚石型结构的四面体单元： 中心硅原子与周围四个最近邻硅原子各出一个电子组成共价键，组成 正四面体结构。该结构是硅单晶体的基本结构单元。 最近邻原子（顶角） 电子 键长：近邻原子之间的距离 中心硅原子 最近邻原子顶角） 键角：近邻共价键的夹角 共价键 最近邻原子（顶角） 最近邻原子（顶角） 单晶硅： 原子在整个晶体中排列有序 多晶硅：