固體物理復(fù)習(xí)-簡述題

《固體物理》基本概念和知識點(diǎn)第一章基本概念和知識點(diǎn)1)什么是晶體、非晶體和多晶？()晶面有規(guī)則、對稱配置的固體，具有長程有序特點(diǎn)的固體稱為晶體；在凝結(jié)過程中不經(jīng)過結(jié)晶(即有序化)的階段，原子的排列為長程無序的固體稱為非晶體。由許許多多個大小在微米量級的晶粒組成的固體，稱為多晶。2)什么是原胞和晶胞？()原胞是一個晶格最小的周期性單元，在有些情況下不能反應(yīng)晶格的對稱性；為了反應(yīng)晶格的對稱性，選取的較大的周期單元，稱為晶胞。3)晶體共有幾種晶系和布拉伐格子？() 按結(jié)構(gòu)劃分，晶體可分為7大晶系,共14布拉伐格子。4)立方晶系有幾種布拉伐格子？畫出相應(yīng)的格子。()立方晶系有簡單立方、體心立方和面心立方三種布拉伐格子。5)什么是簡單晶格和復(fù)式格子？分別舉3個簡單晶格和復(fù)式晶格的例子。()簡單晶格中，一個原胞只包含一個原子，所有的原子在幾何位置和化學(xué)性質(zhì)上是完全等價的。堿金屬具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)；Au、Ag和Cu具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，它們均為簡單晶格復(fù)式格子則包含兩種或兩種以上的等價原子，不同等價原子各自構(gòu)成相同的簡單晶格，復(fù)式格子由它們的子晶格相套而成。一種是不同原子或離子構(gòu)成的晶體，如：NaCl、CsCl、ZnS等；一種是相同原子但幾何位置不等價的原子構(gòu)成的晶體，如：具有金剛石結(jié)構(gòu)的C、Si、Ge等6)鈦酸鋇是由幾個何種簡單晶格穿套形成的？()在立方體的項角上是鋇(Ba)，鈦(Ti)位于體心，面心上是三組氧(O)。三組氧(OI，OII，OIII)周圍的情況各不相同，整個晶格是由Ba、Ti和OI、OII、OIII各自組成的簡立方結(jié)構(gòu)子晶格(共5個)套構(gòu)而成的。7)為什么金剛石是復(fù)式格子？金剛石原胞中有幾個原子？晶胞中有幾個原子？()金剛石中有兩種等價的C原子，即立方體中的8個頂角和6個面的中心的原子等價，體對角線1/4處的C原子等價。金剛石結(jié)構(gòu)由兩套完全等價的面心立方格子穿套構(gòu)成。金剛石屬于面心立方格子，原胞中有2個C原子，單胞中有8個C原子。第二章基本概念和知識點(diǎn)1)簡述離子性和共價性晶體結(jié)合的特點(diǎn)。()離子性結(jié)合：正、負(fù)離子之間靠庫侖吸引力作用而相互靠近，當(dāng)靠近到一定程度時，由于泡利不相容原理，兩個離子的閉合殼層的電子云的交迭會產(chǎn)生強(qiáng)大的排斥力。當(dāng)排斥力和吸引力相互平衡時，形成穩(wěn)定的離子晶體；基本特點(diǎn)是以離子為結(jié)合的單位，且要求正負(fù)離子相間排列。共價性結(jié)合：共價結(jié)合是靠兩個原子各貢獻(xiàn)一個電子，形成所謂的共價鍵；兩個基本特征是飽和性和方向性。2)簡述金屬性和范德瓦耳斯結(jié)合的特點(diǎn)。()金屬性結(jié)合：基本特點(diǎn)是電子的“共有化”，即在結(jié)合成晶體時，原來屬于各原子的價電子不再被束縛在原子上，而轉(zhuǎn)變?yōu)樵谡麄€晶體內(nèi)運(yùn)動；電子云和原子實之間存在庫侖作用，體積越小電子云密度越高，庫侖相互作用的庫侖能愈低，表現(xiàn)了把原子聚合起來的作用。范德瓦耳斯性結(jié)合：惰性元素最外層的電子為8個，具有球?qū)ΨQ的穩(wěn)定封閉結(jié)構(gòu)。某一瞬時由于正、負(fù)電中心不重合而使原子呈現(xiàn)出瞬時偶極矩，這就會使其它原子產(chǎn)生感應(yīng)極矩。非極性分子晶體就是依靠這瞬時的電偶極矩的感應(yīng)作用而結(jié)合的。第三章基本概念和知識點(diǎn)1)什么是聲子？長光學(xué)波聲子又可以分為極化聲子和電磁聲子，它們的意義是什么？()聲子是晶格振動的能量量子。在晶體中存在不同頻率振動的模式，稱為晶格振動，晶格振動能量可以用聲子來描述，聲子可以被激發(fā)，也可以湮滅?！?分晶體中的長光學(xué)波是極化波，長光學(xué)波聲子稱為極化聲子（LO），只有長光學(xué)縱波才伴隨有宏觀的極化電場，極化聲子主要是指縱光學(xué)聲子?！?/p>

2分

長光學(xué)橫波并不伴隨著宏觀的、無旋的極化電場。長光學(xué)橫波可能伴隨著有旋的宏觀電場，會引起有旋的磁場，有旋的電場感生出有旋的磁場。長光學(xué)橫波聲子稱為電磁聲子（TO），長光學(xué)橫波具有電磁性，可以和光場發(fā)生耦合?！?/p>

2分2)什么是固體比熱的德拜模型？根據(jù)計算結(jié)果，說明為什么在低溫下德拜近似越好？()德拜提出以連續(xù)介質(zhì)的彈性波來代表格波，將布喇菲晶格看作是各向同性的連續(xù)介質(zhì)，有1個縱波和2個獨(dú)立的橫波?！?/p>

2分

計算結(jié)果表明低溫極限下：——

與溫度的3次方成正比

——

德拜模型是將彈性波代替固體中的格波，色散關(guān)系為，溫度愈低，只有長聲學(xué)格波被激發(fā)，因此德拜近似愈好，與實驗結(jié)果更好的吻合?！?/p>

3分過渡元素的特征是d殼層電子填充不滿，從能帶理論來分析，有未被電子填充滿的d能帶。由于原子的d態(tài)是比較靠內(nèi)的軌道，在形成晶體時相互重疊較小，因而產(chǎn)生較窄的能帶，加上的軌道是5重簡并的，所以形成的5個能帶發(fā)生一定的重疊，使得d能帶具有特別大的能態(tài)密度。過渡金屬只是部分填充d能帶，所以費(fèi)密能級位于d能帶內(nèi)。4)簡述金屬接觸電勢差的形成？兩塊不同的金屬A和B相互接觸，由于兩塊金屬的費(fèi)米能級不同，當(dāng)相互接觸時可以發(fā)生電子交換，電子從費(fèi)米能級較高的金屬流向費(fèi)米能級較低的金屬，使一塊金屬的接觸面帶正電（電子流出的金屬），使另一塊金屬的接觸面帶負(fù)電（電子流入的金屬），當(dāng)兩塊金屬達(dá)到平衡后，具有相同的費(fèi)米能級，電子不再流動交換。因此在兩塊金屬中產(chǎn)生了接觸電勢差。經(jīng)典和量子理論得出的功函數(shù)的含義分別是什么？()5)什么是金屬的費(fèi)米面？采用近自由電子近似，在接近布里淵區(qū)邊界時，費(fèi)米面如何變化？()固體中的電子填充的最高能量稱為費(fèi)米能量。在狀態(tài)空間形成一個等能面，稱為費(fèi)米面。一般情況下，由于能帶的交疊，費(fèi)米面分布在幾個布里淵區(qū)，由若干個等能面組成。自由電子的費(fèi)米面是球面。在近自由電子近似模型中，費(fèi)米面在接近布里淵區(qū)時向外凸出。第七章基本概念和知識點(diǎn)1)簡述N溝道晶體管的工作原理。()柵極電壓很小時，源區(qū)S和漏區(qū)D被P型區(qū)隔開，即使在SD之間施加一定的電壓，但由于SP和DP區(qū)構(gòu)成兩個反向PN結(jié)，因此只有微弱的PN反向結(jié)電流。如果柵極電壓達(dá)到或超過一定的閾值，在P型半導(dǎo)體和氧化物表面處形成反型層——電子的濃度大于體內(nèi)空穴的濃度，反型層將源區(qū)S和漏區(qū)D連接起來，此時在SD施加一個電壓，則會有明顯的電流產(chǎn)生。通過控制柵極電壓的極性和數(shù)值，使MOS晶體管處于導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，源區(qū)S和漏區(qū)D之間的電流受到柵極電壓的調(diào)制——集成電路應(yīng)用。2)什么是本征光吸收躍遷和電子－空穴復(fù)合發(fā)光？半導(dǎo)體本征邊吸收光的波長為多少？()本征光吸收：光照可以將價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，形成電子—空穴對，這一過程稱為本征光吸收。電子－空穴對復(fù)合發(fā)光是本征光吸收的逆過程，即導(dǎo)帶底部的電子躍遷到價帶頂部的空能級，發(fā)出能量約為帶隙寬度的光子?！菊鞴馕展庾拥哪芰繚M足：，，長波極限：——本征吸收邊3)簡述半導(dǎo)體本征激發(fā)的特點(diǎn)。()在足夠高的溫度時，由滿帶到導(dǎo)帶的電子激發(fā)(本征激發(fā))將是主要的。本征激發(fā)的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個電子同時將產(chǎn)生一個空穴:有：由——，其中為帶隙寬度。因為：，因此本征激發(fā)隨溫度變化更為陡峭。在這個范圍里，測量和分析載流子隨溫度的變化關(guān)系，可以確定帶隙寬度。4)什么是非平衡載流子？()熱平衡下，半導(dǎo)體中導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴有一定的分布，滿足：在外界的影響作用下，電子和空穴濃度偏離原來的平衡值，例如光激發(fā)誘導(dǎo)本征光吸收，產(chǎn)生電子—空穴對。有：——稱為非平衡載流子5)以在P型材料形成的PN結(jié)為例，簡述光生伏特效應(yīng)?利用擴(kuò)散摻雜的方法，在P型半導(dǎo)體的表面形成一個薄的N型層，在光的照射下，在PN結(jié)及其附近產(chǎn)生大量的電子和空穴對，在PN結(jié)附近一個擴(kuò)散長度內(nèi)，電子－空穴對還沒有復(fù)合就有可能通過擴(kuò)散達(dá)到PN結(jié)的強(qiáng)電場區(qū)域（PN結(jié)自建電場），電子將運(yùn)動到N型區(qū)，空穴將運(yùn)動到P型區(qū)，使N區(qū)帶負(fù)電、P區(qū)帶正電，在上下電極產(chǎn)生電壓——光生伏特效應(yīng)。為什么采用異質(zhì)結(jié)可以提高太陽能電池的效率？()光子能量小于寬帶隙的N型層，即hν<(Eg)N，可以透過N型層，在帶隙較窄的P型層被吸收。用同質(zhì)PN結(jié)制作光電池，入射光的大部分在表面一層被吸收，由于表面缺陷引起的表面復(fù)合和高摻雜層中載流子壽命低等因素，使得一些電子－空穴對不能到達(dá)強(qiáng)電場以前，就發(fā)生了復(fù)合，降低了太陽能電池的效率。利用異質(zhì)結(jié)的窗口效應(yīng)，可以有效地減小電子－空穴的復(fù)合率，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。6)簡述P型和N型半導(dǎo)體載流子的形成。()根據(jù)摻雜元素對導(dǎo)電的不同影響，雜質(zhì)態(tài)可分為兩種類型。雜質(zhì)在帶隙中提供帶有電子的能級，能級略低于導(dǎo)帶底的能量，和價帶中的電子相比較，很容易激發(fā)到導(dǎo)帶中，稱為電子載流子。主要含有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，主要依靠施主熱激發(fā)到導(dǎo)帶的電子導(dǎo)電——N型半導(dǎo)體。雜質(zhì)提供帶隙中空的能級，電子由價帶激發(fā)到受主能級要比激發(fā)到導(dǎo)帶容易的多。主要含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，因價帶中的一些電子被激發(fā)到施主能級，而在價帶中產(chǎn)生許多空穴，主要依靠這些空穴導(dǎo)電——P型半導(dǎo)體。7)簡述半導(dǎo)體中淺能級和深能級摻雜對半導(dǎo)體的導(dǎo)電有何影響？()深能級：1)可以成為有效復(fù)合中心，大大降低載流子的壽命；2)可以成為非輻射復(fù)合中心，影響半導(dǎo)體的發(fā)光效率；3)可以作為補(bǔ)償雜質(zhì)，大大提高半導(dǎo)體材料的電阻率。8)以在Ge半導(dǎo)體摻入As為例，簡述為什么類氫雜質(zhì)能級的施主能級位于導(dǎo)帶附近？()一個第IV族元素Ge（4價元素）被一個第V族元素As（5價元素）所取代的情形，As原子和近鄰的Ge原子形成共價鍵后尚剩余一個電子。因為共價鍵是一種相當(dāng)強(qiáng)的化學(xué)鍵，束縛在共價鍵上的電子能量很低，從能帶的角度來說，就是處于價帶中的電子。多余一個電子受到As+離子靜電吸引，其束縛作用是相當(dāng)微弱的，在能帶圖中，它位于帶隙之中，且非常接近導(dǎo)帶底。這個電子只要吸收很小的能量，就可以從帶隙躍遷到導(dǎo)帶中成為電子載流子。9)什么是直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體？結(jié)合電子躍遷滿足的能量和準(zhǔn)動量守恒關(guān)系予以說明。()10)根據(jù)不同摻雜的鍺樣品導(dǎo)電率隨溫度變化的結(jié)果和霍耳效應(yīng)測得電子濃度溫度的變化曲線，簡述材料中載流子的變化情況。()題目補(bǔ)充：簡述題：1、簡述基本術(shù)語基元、格點(diǎn)、布拉菲格子?；航M成晶體的最小基本單元，整個晶體可以看成是基元的周期性重復(fù)排列構(gòu)成。格點(diǎn)：將基元抽象成一個代表點(diǎn)，該代表點(diǎn)位于各基元中等價的位置。布拉菲格子：格點(diǎn)在空間周期性重復(fù)排列所構(gòu)成的陣列。2、為什么許多金屬為密積結(jié)構(gòu)?

[解答] 金屬結(jié)合中,受到最小能量原理的約束，要求原子實與共有電子電子云間的庫侖能要盡可能的低(絕對值盡可能的大)。原子實越緊湊，原子實與共有電子電子云靠得就越緊密，庫侖能就越低。所以，許多金屬的結(jié)構(gòu)為密積結(jié)構(gòu)。3、簡述愛因斯坦模型，并說明其成功之處、不足之處及原因[解答]愛因斯坦模型：假定所有的原子以相同的頻率振動成功之處：通過選取合適的愛因斯坦溫度值，在較大溫度變化的范圍內(nèi)，理論計算的結(jié)果和實驗結(jié)果相當(dāng)好地符合。且熱容量隨著溫度降低而趨于零不足之處：溫度非常低時，熱容量按溫度的指數(shù)形式降低，而實驗測得結(jié)果表明：熱容量按溫度的3次方降低原因：是愛因斯坦模型忽略了各格波的頻率差別4、等能面在布里淵區(qū)邊界上與界面垂直截交的物理意義是什么？等能面在布里淵區(qū)邊界上與界面垂直截交,則在布里淵區(qū)邊界上恒有=0,即垂直于界面的速度分量為零.垂直于界面的速度分量為零,是晶格對電子產(chǎn)生布拉格反射的結(jié)果.在垂直于界面的方向上,電子的入射分波與晶格的反射分波干涉形成了駐波.5.晶體有哪幾種結(jié)合類型？簡述晶體結(jié)合的一般性質(zhì)。