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发布时间:2017-07-20 影响了:

固体物理视频篇一:大学物理本科专业教学视频 国内大学集合版作者

大学物理本科专业教学视频 国内大学集合版作者: 王志斌

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固体物理视频篇二:半导体物理 教案 第1章--第7章

绪论

本门课的主要内容:固体物理20学时,半导体物理50学时。与其他课程的关系。

一、 半导体科技发展简介 (170年)

1. 萌芽时期 (1834~1931)将近100年时间

1834年,Faraday 提出半导体判定条件:

金属: ρ<10-6Ωcm

半导体:10-3Ωcm<ρ<106Ωcm

绝缘体:ρ>1012Ωcm

半导体具有负的电阻温度系数,这一年成为该学科进入萌芽时期的标志。

1873年, W.Smith Se光电导效应。

1874年, F.Brawn PbS 等矿石的整流作用。

1879年, Hall Hall效应。 表明半导体的导电机构与金属不同。

直到20世纪30年代以前,虽然有些发现,但是不系统。

2. 理论形成和系统发展时期 (1931~1980)近50年时间

1931年, Wilson提出能带论奠定了半导体理论的基础,解释了金属、半导体、绝缘体的本质区别。

1949年, W.Shockley (晶体管之父)。p-n结, 双极晶体管(Bipolar Transistor)理论。1947年与J.Barden 和 W.H.Brattain发明点接触晶体管。为此获得诺贝尔物理学奖。标志现代半导体理论的形成,半导体科技进入系统发展时期。

1957年, Kroemer异质结晶体管。半导体领域第二次获得诺贝尔物理学奖。

1958年,Esak: 隧道二极管 第三次获得诺贝尔物理学奖。

这一时期,所用的半导体材料主要是锗。锗晶体管开创了第二代计算机(后来为硅管所取代)。

3. 集成化的微电子时期 (1960~1980)

1957硅晶体管实用化

1960工艺的出现,为IC的发明提供了技术支持。

1962 Noyce 单片集成

1970年, LSIC 逻辑电路出现。

该时期内,半导体行业得到了全面发展,主要有三个方向。

(1) 微型化(2)功率器件(3)敏感器件

4. VLSIC 的成熟阶段 = IT业的快速发展时期 (1980~2000)

同时与其他学科结合出现了MEMS产业。

二、 面对未来的发展趋势

1. 从微型化的发展方面看:

20年 从60年代的几十微米至80年代1微米。

20年 从80年代1微米至21世纪初30nm

未来的器件会更多地考虑量子效应进入Nanoelectronics时代 未来20年内很可能会达到几个nm的水平。

2. 系统集成方面看

传感+执行+电路=SOC

传感+执行=MEMS

3. 高频、大功率和能量转换。光电器件。

三、教与学的方法

1.多下工夫时间

2.调整心理,理解的整理 从认识论的高度

3.理解的基础

第一章、 半导体中的电子状态

一、量子力学基础

1. Max Planch普朗克光量子说

En=n ω=nhγ n=0, 1, 2…

能量是量子化的,不是连续的。光子的概念。

光子是电磁辐射的量子,传递电磁相互作用的规范粒子。

其静止质量为零 M=0

不带电荷Q=0

其能量为普朗克常量h和电磁辐射频率γ的乘积E=hγ

在真空中以光速c运行 v=c = 3e8米/秒

根据质能方程 : E=hγ=mc2

说明光子的动质量: m=

光子的动量:p=mc=

2. 光子的波粒二象性

光具有波动性,又具有粒子性。

3. 德布罗意物质波 matter wave

在光具有波粒二象性的启发下,法国物理学家德布罗意(1892~1987)在1924年提出一个假说,指出:

“波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都有波粒二象性。”他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上,指出:

“具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性,这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比”,即

λ= h/p = h /(出自:WwW.HNNscy.Com 博 文学习 网:固体物理视频)(mv)。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。

4. 不确定性原理 Uncertainty principle

又称“测不准原理”、“不确定关系”,是量子力学的一个基本原理,由德国物理学家海森堡(Werner Heisenberg)于1927年提出。本身为傅立叶变换导出的基本关系:若复函数f(x)与F(k)构成傅立叶变换对,且已由其幅度的平方归一化(即f*(x)f(x)相当于x的概率密度;hγ 2cm2c2=hγhγh== cλγλ

F*(k)F(k)/2π相当于k的概率密度,*表示复共轭),则无论f(x)的形式如何,x与k标准差的乘积ΔxΔk不会小于某个常数(该常数的具体形式与f(x)的形式有关)。

?x??p≥ /2

5. 几率波

是微观客体运动的一种统计规律性,它把物质粒子的波动性与原子性统一了起来。 ψ=ψ(x,y,z,t) 描述了系统的动力学性质。

6. 算符

位置算符: x, y z-> x , y, z

位置表象下,粒子的动量算符:px pypz ->

位置表象下,粒子的能量算符:E ->

+∞ ? ? ?i?xi?yi?z ? i?t

<x>=?ψ*xψdxψ*是ψ的共轭函数。 <x>是位置平均值。

-∞

+∞

<p>=?ψ*

-∞ ?ψdx一维动量平均值。 i?x

7. 薛定谔方程

薛定谔提出的量子力学基本方程 。建立于 1926年。它是一个非相对论的波动方程。它反映了描述微观粒子的状态随时间变化的规律,它在量子力学中的地位相当于牛顿定律对于经

p2

+V(r) 典力学一样,是量子力学的基本假设之一。考虑动能和势能, 能量E=2m

?p2 22+V(r)→-?+V(r) E→ p→-i ? i?t2m2m

? 22ψ(r,t)=[-?+V(r)]ψ(r,t) 含时薛定谔方程 i?t2m

当势能V(r)不含时间,此时可用分离变量法求解薛定谔方程

令 ψ(r,t)=?(r)f(t), 代入薛定谔方程,得到

22[-?+V(r)]?(r)=E?(r) 为不含时的薛定谔方程。 2m

二、能带论点方法简介

1晶体中势能分布场的近似化处理

一定状态下(动能、势能)的电子,其波函数所遵守的薛定谔方程为:

2 [-?+V(r)]ψ(r)=Eψ(r) 2m

严格说来每个电子所受的势能场作用均不同,所以晶体是复杂的多体问题,要想确定其电子状态,需解多元微分方程组,几乎是无法求解。

因此采用两个近似方法,将其简化为单体问题。

a. 绝热近似: 认为晶格振动对电子运动影响很小而略之,就好象原子的整体运动和电子

运动之间不交换能量,最后再把格波当作微扰来处理。(以声子散射的形式加以考虑)。因此,可以认为原子都固定在平衡位置,形成一个周期性势能场。

b. 单电子近似:研究一个电子的运动时,其他电子在晶体各处对这个电子的库仑作用,按

照它们的几率分布,被平均地加以考虑。所以每个电子所受的这种作用可以认为是相同的,且是周期性的。

结论:可以认为所有电子处在相同的以晶格矢量为周期的总势场中。这样只需要解一个微分方程即可。能带理论就是在这种假设前提下建立的。

2晶体中的周期性势场、布洛赫定理

(1)周期性势场

考虑一维晶格,假定只有库仑力存在于电子和原子之间,

忽略其他因素(诸如杂质晶格扰动)的影响

对于单个原子 对于两个原子

x

对于多个原子

固体物理视频篇三:课程名称翻译大全

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