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 решетка Методы исследования кристаллической структуры Обратная решетка Энергия связи кристалла Динамика кристаллической решетки Квантование колебательной кристаллической решетки. Фононы Теплоемкость кристаллической решетки Спектральная плотность колебаний решетки. Локальные колебания Кинетическое уравнение Больцмана Теплопроводность 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