微电子学发展简介(精品·公开课件).ppt

微电子学发展简介 一.近代量子物理发展史 1.阴极射线管(克鲁克斯管或希托夫管) 时间：19世纪70年代 人物：克鲁克斯(W.Crookes)--------英国 这种阴极发射出来的射线，肉眼看不见，但能在玻璃管壁上产生辉光或荧光，科学家把这个神秘的绿色荧光称为阴极射线。 请问这种绿色荧光到底是什么？有人认为它像普通的光线一样是以太中的波动，也有人认为它是有阴极发射的带负电的粒子所组成。 问题：这个阴极射线到底是什么？ 现象一：克鲁克斯拿起一块马蹄形磁铁跨置在管子的中部，奇迹出现了，十字形的阴影发生了偏移！ 所得的结论：阴极射线根本不是光线，而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响呢? 现象二：汤姆逊在管子的中间添了一对金属电极D和E，并在电极D和E上加上一定的电压 后，发现阴极射线就偏离中点到达一边，当电压反向时，偏到另外一边，从偏转的方向清楚地表明：阴极射线是带负电的。和克鲁克斯的结论一样。 现象三：无论采用何种种类的阴极物质，何种种类的管内气体，测量后发现带电粒子的荷质比都不变，并且它比带电氢原子的荷质比值大1700倍，1897年汤姆逊又采用英国物理学家威尔逊发明的云室，即带电粒子可以作为一个核心使它周围的水蒸汽凝成小水滴的方法测量了阴极射线粒子所带的电荷值； 并发现它与稀溶液电解中一个氢原子所携带的电荷是相等的。这样，最后确定了阴极射线粒子——人们给它起了一个名字叫“电子”。 电子的质量比氢原子小1700倍。 最终结论：从阴极出来的射线实际上是带负电的电子，并且进一步表明：原子并不是物质可分性的最后极限，从原子中还可以进一步分出电子 。 从此，人们打开了神秘的原子世界的大门，物理学进入了微观世界的新纪元。在许多科学家的实验成果的基础上，汤姆逊最终发现了电子的存在。使得汤姆逊成为最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人。 2伦琴射线 1895年11月8日傍晚，伦琴研究阴极射线 ，为了防止外界光线对放电管的影响，也为了不使管内的可见光漏出管外，他把房间全部弄黑，还用黑色硬纸板给放电管做了个封套，为了检查封套是否漏光，他给放电管接上电源，他看到封套没有漏光而非常满意．可是当他切断电源后，却意外地发现： 一米以外的镀了氰亚铂酸钡的纸作成的荧光屏上出现了一种暗淡的绿光 ，他非常惊奇，因为阴极射线只能在空气中进行几个厘米，这是别人和他自己的实验早已证实的结论．他继续实验，又发现 这种X射线还能使许多化学制品发光，能穿透许多物质，特别是能直接穿过肌肉但不能透过骨骼，能直线运行，并不会因磁场的作用而发生偏移 a.伦琴射线到底是什么？它是波还是粒子？ b.若是波，就能产生干涉条纹，为什么始终没有找到，若假设X射线的波长过短，仅为可见光的千分之一或更小，那又要如何才能找到这种干涉条纹？ C.要制作间隔缩小1000倍的光栅，当时的工艺明显无法实现，怎么办？ 他立即设计了一种简单的实验装置：用X射线束通过小孔射向蓝色硫酸铜晶体，并在晶体后面放上了一张敏感的照相底片。即X射线的波长和晶体中原子的距离相当时可发生干涉。 实验结果：在灰暗的背景上出现了亮点组成的有规则的环状图案。 实验分析：这些由X射线所引起的衍射图案是由晶体内部有规则分布的三维点振体所产生的。从而证明X射线是一种电磁波，它是由原子的内层电子受到激发后产生的。 2dsinx=n/f (d为平行原子平面的间距,f为入射波频率,x为入射光与晶面之夹角) 布拉格定律的成立条件是波长小于2d 从此，人们能够用X射线去窥探晶体内部，那儿的原子像放在篮子里的鸡蛋一样，原子排列细节由照相底片上出现的亮点环状图案的间距和对称性所决定。 现在，物理学家可以自如地利用X射线以及由射线穿过样品产生的奇异图案来检验各种假说。 3黑体辐射与量子概念的产生 黑体是吸收本领最大的物体，它能全部吸收辐射到它表面上的电磁波。在暗室的壁上开一个细孔，这就是很好的黑体。 实验测得各种温度下能量密度μ的频率分布曲线服从正态分布，如下图所示： 瑞利和金斯利采用经典物理学中的波动理论推导出一个公式，这个公式推导出来的电磁波能量随频率的增大一直增大，最后增至无穷大，但从实验可知，当频率到一定程度时电磁波能量却是降低。两者之间产生了不可调和的矛盾，这就是历史上有名的“紫外灾难”。即在光谱的高频端，紫外区的黑体将释放出无穷无尽的能量。 -----------显然这是不可能的。 当时的经典物理学（牛顿力学、电磁学、热力学和经典统计物理）都非常的成熟和完美。绝大多数的权威物理学家都相信经典物理学能够解释各类物理现象。黑体辐射定律也不例外，然而