《固体物理学》全册完整教学课件.pptx

《固体物理学》全册完整教学课件;固 体 物 理 学;固体物理学是材料科学的基础。 固体物理学是学习半导体物理学、半导体器件物理的先导课程，也是进入固体电子学与微电子学、光电子学领域的必备基础。;主要参考书;学习中必须注意的问题;成绩评定;第一章　晶体的结构;1.1　晶体的特征;;　单晶体：晶体内部的原子是有序排列的。如Si，GaAs单晶。 　多晶体：是由许多小晶粒（晶体）构成的，小晶粒内部是长程有序的，而各个小晶粒之间是没有确定取向的。如冰，金属。 　随着温度的变化，晶体的长程有序可以被破坏，晶体具有确定的熔点。 　没有特别说明，以后指的都是单晶体。;二　解理性 　　　晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。相应的晶面称为解理面。 　　　单晶体的表面大都为解理面。可以利用晶体的解理性对晶体进行分割。;三　晶面角守恒 　　　尽管同一种晶体的外形可以不同（如岩盐（NaCI）晶体可以是立方体或八面体，也可以是立方同八面的混合体），但相应晶面间的夹角保持不变。如水晶(SiO2)的两个M 面之间的夹角始终为60°。 　晶面角守恒定律：属于同一品种的晶体，两个对应晶面之间的夹角恒定不变。 　 ----是由原子的有序排列所决定的。;四　各向异性 　晶体的物理性质（如弹性常数、压电常数、介电常数等）在不同方向上存在差异，此即为晶体的各向异性。各向异性是晶体区别于非晶体的重要特性。 　带轴：晶面常常排列成带状，晶面间的交线称为晶棱，晶棱的共同方向称为带轴。 　　 　下一步的问题：如何描述晶体结构？ ;1.2 空间点阵;一、空间点阵学说中所称的“点子”代表着结构中相同的“位置”，称为结点。 　A. 当晶体是由一种原子构成的，结点可以是原子本身的位置，也可以是原子周围的某一点，一般用原子本身的位置。 　B. 当晶体是由多种原子构成的，多种原子构成一个基本结构单元称为基元，此时结点可以是基元的重心，也可以是基元中的任一位置，如某一原子的位置。;二、点阵学说准确描述了晶体结构的周期性;三、晶格、原胞、晶胞（单胞）;固体物理学原胞（原胞）：取任一结点为顶点，三个不???方向的周期为边长作平行六面体。 原胞是最小的重复单元， 原胞的取法不是唯一的， 对于各种不同的点阵都有固 定的取法，以便于区分不同 的点 阵。 ;结晶学原胞（晶胞）：结晶学要求在反映周期性的同时，还要反映每种晶体特殊的对称性，所选取的重复单元不一定是最小的，结点不仅可以在顶角上，还可以在体心或面心上。 ;　结点的总体称为布喇菲点阵（布喇菲格子）。 　当基元只有一种原子时，原子所构成的格子同布喇菲格子完全相同，当基元包含多种原子时，每种原子构成同结点所构成的布喇菲格子相同的网格，称为子晶格，这些子晶格相对位移形成复式格子。 　复式格子是由若干相同结构的子晶格相对位移套构而成的。;1.3 晶格的周期性、基矢的概念;二、一维复式格子;三、三维情况;四、立方、六角晶系原胞的取法;１.简立方;原胞体积为;2. 体心立方;原胞体积为;3. 面心立方;原胞体积为;４. 六角晶系;原胞体积为;Be Mg Zn具有六角密排结构;五、三维复式格子;2. CsCl结构 CsCl结构是由两个简立方的子晶格彼此沿立方体体对角线方向位移1／2体对角线的长度套构而成;3. 金刚石结构;闪锌矿结构 GaAs、InP ZnS等;4. 钙钛矿结构;作业 １文字描述布喇菲点阵学说 ２画出立方晶系三种结构的晶胞和原胞，并写出基矢。 ３画出六角晶系的晶胞和原胞，并写出基矢。 ;一、密堆积 　粒子在晶体中的排列应该采取尽可能的紧密方式。晶体中粒子排列的紧密程度用配位数表示。 配位数：粒子周围最紧邻的粒子数。 　如果晶体是由同种原子构成的，且原子可视为刚性小球，则这些全同小球最紧密的堆积称为 　密堆积。 密堆积所对应的配位数最大。 ;二、密堆积结构;;１. 六角密积(HCP) 如果第三层放在第二层相间的间隙中，且沿竖直方向观察第三层与第一层平行吻合，第四层与第二层平行吻合…… 形成ABABAB…… hexagonal close-packed 2. 立方密积 　如果第三层放在其他没有被第一层占据的相间间隙内，而第四层同第一层相同 　形成ABCABCABC…… FCC 密集结构的配位数为：同一层内６个，上下层各３个，共12个（为最大配位数）。 如果球的大小不等（如晶体由两种原子组成），则不可能形成密积结构，配位数必然小于12。 为 8 (CsCI)； 6( NaCI)； 4(diamond)； 3(层状结构)； 2（链状结构） ;§1.５ 晶向 晶面和它们的标志 ;＊在一个平面里，相邻晶列之间的距离相等 ＊一族晶列有两个特征：晶列的取向，称为晶向；晶列上格点的周期。 表示晶列需要给出晶向和周