E-Book Overview
2-е издание, переработанное — М.: МГИРЭиА, 2010. – 140 с.
В данном учебном пособии изложены основные понятия физики кристаллического состояния, рассмотрена динамика кристаллической решетки, проведено квантование ее колебаний и введено понятие о квазичастицах-фононах. На основе кинетического уравнения Больцмана исследован процесс теплопроводности в кристаллическом диэлектрике.Кристаллическая решеткаМетоды исследования кристаллической структурыОбратная решеткаЭнергия связи кристаллаДинамика кристаллической решеткиКвантование колебательной кристаллической решетки. ФононыТеплоемкость кристаллической решеткиСпектральная плотность колебаний решетки. Локальные колебанияКинетическое уравнение БольцманаТеплопроводность диэлектриков
E-Book Content
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» А.И.Морозов ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА Кристаллическая структура Фононы УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 2-е издание, переработанное Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматики в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» МОСКВА 2010 ББК 22.37 М 80 УДК 539.2 Рецензенты: А.Б. Грановский, В.Г. Жотиков М 80 Морозов А.И. Физика твердого тела. Кристаллическая структура. Фононы: Учебное пособие / Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)» – М., 2010– 140 с. В данном учебном пособии изложены основные понятия физики кристаллического состояния, рассмотрена динамика кристаллической решетки, проведено квантование ее колебаний и введено понятие о квазичастицах-фононах. На основе кинетического уравнения Больцмана исследован процесс теплопроводности в кристаллическом диэлектрике. Пособие предназначено для студентов специальностей 200100 и 202100 дневной формы обучения. Табл. 6. Ил. 48. Библиограф.: 11 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета университета. ISBN 978-5-7339-0813-7 © А.И. Морозов, 2010 © МИРЭА, 2010 3 ВВЕДЕНИЕ Уважаемый коллега! Приступая к изучению основ физики твердого тела, Вы находитесь в начале сложного и нелегкого пути. Это не самая простая дисциплина, требующая постоянных и целенаправленных усилий для ее постижения. Вместе с тем, это один из самых интересных разделов физики, которым занимается большинство посвятивших себя этой науке, что связано с её обширнейшими применениями. Без знания физики твердого тела невозможно понять принцип действия приборов твердотельной электроники, тем более, не может быть и речи о создании новых приборов и устройств. Изучить тонкости всех разделов физики твердого тела – задача, на решение которой может уйти вся жизнь, но знание основ этой науки – необходимость для специалиста в области твердотельной электроники, микро- и наноэлектроники. Поэтому хочу пожелать Вам успехов и терпения при достижении данной цели. 1. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА 1.1. Жидкие, твердые, газообразные Рассмотрим характер движения атомов и молекул в различных фазовых состояниях вещества. Проще всего его описать в случае газообразного состояния. В отсутствие внешних полей в первом приближении молекулы вещества движутся по инерции, то есть их центр тяжести перемещается прямолинейно и равномерно между столкновениями с другими молекулами. Столкновения происходят достаточно редко, а именно, время свободного пробега молекулы между столкновениями намного превосходит длительность самого