ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Захвалинский В.С. , Захвалинская М.Н.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ

В ФИЗИКЕ

учебное пособие

Белгород 2008г.

ББК …..

УДК ……

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Белгородского государственного университета

Автор(ы)-составитель(и): Захвалинский В.С., Захвалинская М.Н.

Рецензенты: - _____________________________________________________

Название УПП: Материалы и методы нанотехнологии в физике/ Захвалинский В.С., Захвалинская М.Н.,. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2006.

Учебно-практическое пособие по курсу «Материалы и методы нанотехнологии в физике» для студентов очной формы обучения представляют собой теоретический материал и практикум по тому же курсу. Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями по обязательному минимуму содержания и уровню подготовки специалиста с высшим образованием Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 010701.65 “Физика” , а также в соответствии с учебной программой.

Содержание

Тема 1. Введение. Твердое тело. Силы

взаимодействия. Типы связи. 9

1.1 Введение 9

1.2. Твердое тело. Силы взаимодействия. Типы связи 11

Вопросы для повторения 21

Резюме по теме 22

Литература 22

Тема 2. Строение твердого тела 23

2.1. Кристалл 23

2.2. Решетка Бравэ. Трансляция. Элементарная ячейка 23

2.3.Элементы симметрии 32

2.4. Группы симметрии. Сингонии 35

2.5. Плотнейшие упаковки частиц в структурах 40

2.6. Жидкие кристаллы 45

Вопросы для повторения 56

Резюме по теме 56

Литература 56

Тема 3. Дефекты. Роль дефектов в твердом теле 57

3.1. Дефекты кристаллических решеток 57

3.2. Точечные дефекты решетки 57

3.3. Линейные дефекты кристаллической решетки 63

3.4 Поверхностные дефекты кристаллической решетки 70

3.5. Объёмные дефекты кристаллической решетки 75

3.6. Энергетические дефекты кристаллической решетки 77

3.7. Твёрдые растворы 78

Вопросы для повторения 80

Резюме по теме 81

Литература 81

Тема 4. Диаграммы состояния двухкомпонентных

систем 82

4.1. Типы диаграмм состояния 82

Вопросы для повторения 97

Резюме по теме 98

Литература 98

Тема 5. Некоторые положения квантовой механики 99

5.1. Возникновение квантовой механики 99

5.2. Волновая функция Ψ. Плотность вероятности.

Принцип суперпозиции 100

5.3. Соотношение неопределенности Гейзенберга 103

5.4. Общее уравнение Шредингера.Уравнение Шредингера для

стационарных состояний 105

5.5. Принцип причинности в квантовой механике 107

5.6. Движение свободной частицы 108

5.7. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной

яме» с бесконечно высокими «стенками» 109

5.8. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект 112

5.9. Линейный гармонический осциллятор в квантовой

механике 115

Вопросы для повторения 118

Резюме по теме 118

Литература 118

Тема 6. Элементы зонной теории твердого тела. Взгляд на строение атома и твердого тела с позиций квантовой механики 119

6.1. Взгляд на строение атома и твердого тела с позиций квантовой механики 119

6.1.1. Современный взгляд на строение и свойства

твердого тела 119

6.1.2. Взгляд на строение атома с позиций квантовой

механики 119

6.2. Элементы зонной теории 129

6.2.1.Основные положения зонной теории 129

6.2.2. Волновая функция электрона в периодическом поле 131

6.2.3. Зоны Бриллюэна 133

6.2.4. Методы расчета энергетической структуры кри- сталлов 136

6.2.4.1. Приближение снльносвязанных электронов 137

6.2.4.2. Приближение свободных электронов. Энергети-

ческий спектр электронов в прямоугольной

потенциальной яме 138

6.2.4.3. Приближение слабосвязанных электронов 143

6.2.5. Модель Кронига – Пенни 143

6.2.6. Заполнение зон электронами. Металлы, диэлектрики, полупроводники 150

Вопросы для повторения 151

Резюме по теме 152

Литература 152

Тема 7. Полупроводники. Собственный полупро-

водник. Генерация и рекомбинация носи-

телей зарядов. Уровень Ферми. Эффектив-

ная масса носителя заряда. Примесный

полупроводник 153

7.1. Полупроводники 153

7.2.Собственные и примесные полупроводники.

Носители заряда в полупроводниках 155

7.3. Энергия Ферми 156

7.4. Генерация и рекомбинация носителей зарядов 158

7.5. Собственная проводимость полупроводника. Уровень

Ферми в собственном полупроводнике. Эффективная

масса носителей заряда 160

7.6. Примесные полупроводники 162

7.6.1. Примесные уровни 162

7.6.2. Примесная проводимость полупроводников 165

7.6.3. Полупроводник р-типа 166

7.6.4. Сильно легированный полупроводник.

Роль беспорядка в кристалле 167

7.7. Температурная зависимость проводимости примесных полупроводников 168

7.8. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводнике 171

Вопросы для повторения 174

Резюме по теме 174

Литература 175