Основы физики твердого тела: Учебное пособие (содержит конспект лекций и практическую часть)

Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный технический университет

Л. Ф. Калистратова,  Н. П. Калистратова,  Н В. Рубан

ОСНОВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Учебное пособие

                                         Омск, 2004

УДК 539.21 (075)

ББК 22. 37я 73

    К17

                                         Рецензенты:

Полещенко К.Н. - к.т.н., доцент каф. радиационной физики и        материаловедения ОмГУ;

Дубовик В.И - канд. физ.-мат. наук, доцент каф. физики твердого тела ОмГУ.

         Л. Ф. Калистратова,  Н. П. Калистратова,  Н. В. Рубан.

К17  Основы физики твердого тела.  Учебн. пособие - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. -   62 с.

 Составлено в соответствии с программой  курса общей физики для технических вузов. Содержит конспект лекций и практическую часть. Предназначено для студентов второго курса  радиотехнического  факультета, обучающихся по специальностям 2008.00 “Проектирование и технология электронных средств”, 2007.00 “Радиотехника”, 2205.00 “Конструирование и технология ЭВС” и другим родственным специальностям.

При дистанционном обучении можно использовать дискеты с данным пособием.

Подготовлено на кафедре физики и одобрено редакционно-издательским советом ОмГТУ

                                            ã Авторы , 2004

                                                  ã Омский государственный технический

университет

С О Д Е Р Ж А Н И Е

            1.1. Некоторые общие свойства твёрдых тел……………….………..   

            1.2. Кристаллическая решётка……………….………………………..

       1.3. Силы, действующие между частицами твёрдого тела………….                              1.4. Тепловое расширение твёрдых тел………………………………

            1.5. Теплоёмкость твёрдых тел………………...……………………...                

            1.6. Фононы………………...…………………………………………..

   2. Зонная теория твёрдых тел. ………………...………………………                                                           2.1. Модель свободных электронов………………...………………...   

             2.2. Расщепление энергетических уровней изолированного атома в  зоны при  образовании кристалла……………………….                                      

             2.3. Распределение энергетических зон в твёрдом теле………             

             2.4. Заполнение энергетических уровней электронами…………         

             2.5. Деление твёрдых тел на проводники, полупроводники,

                    изоляторы

        3. Элементы физических статистик……………………………………                          3.1. Коллективы частиц………………...…………………………….…

             3.2. Функция распределения………………...……………………….…

             3.3. Понятие о фазовом пространстве………………...………………

             3.4. Плотность состояний………………...……………………………

             3.5. Квантовая статистика электронов в металле

                   (распределение Ферми-Дирака)………………...………………….…

             3.6. Энергия Ферми. Вырождение электронного газа………………..

             3.7. Распределение Бозе-Эйнштейна………………...……………….…

         4. Металлы. ………………...……………………………………………...

              4.1. Теплоёмкость электронного газа………………...……………….

              4.2. Теплопроводность и электропроводность металлов……………

              4.3. Сверхпроводимость металлов………………...………………….

              4.4. Работа выхода………………...……………………………………

              4.5. Контактные явления………………...…………………………….

          5. Полупроводники. ………………...……………………………………..

               5.1. Собственная проводимость полупроводников…………………..

               5.2. Примесная проводимость полупроводников…………………….

               5.3. p-n переход………………...…………………………………….…

               5.4. Транзистор…………………………………………………………

1. Тепловые свойства твёрдых тел

1.1. Некоторые общие свойства твёрдых тел

В физике твёрдыми телами обычно называют только кристаллические тела. Кристаллы – это вещества, в которых составляющие их частицы (атомы, ионы, молекулы и т. д.) расположены правильными периодически повторяющимися рядами. Кристаллы выращивают в лабораторных условиях из растворов, расплавов, паров, и вырастают они в виде правильных симметричных многогранников. В естественных условиях находят кристаллы природных минералов. В идеальных кристаллах атомы и молекулы совершают колебания около расположенных в строгом порядке равновесных положений. В кристаллах атомы и молекулы размещены очень близко и, вследствие сильного взаимодействия между ними, их смещения относительно равновесных положений весьма малы. Этим объясняется определённость формы и объема кристаллов.

В идеальном кристалле упорядоченное расположение атомов распространяется на весь кристалл. Для кристаллов характерно наличие дальнего порядка. Дальним порядком называется упорядоченное расположение частиц на сколь угодно больших расстояниях от рассматриваемой частицы.  Ближним порядком  называется упорядоченное расположение частиц на близких расстояниях от рассматриваемой частицы. Он характерен как для кристаллических тел, так и для жидкостей.