《固体物理》教学大纲 一、课程中英文名称 中文名称：固体物理 英文名称：Solid State Physics 二、授课对像：电子科学与技术专业、微电子，应用物理专业总学时54 三、本课程与其他课程的联系 先修课程：高等数学、线性代数、概率、大学物理、数理方法、物理化学 后续课程：半导体物理、光电技术、电子器件、集成电路应用等 四、课程教学的目的 《固体物理》是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的粒子的运动形态及其相互关系 的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。电子科学与技术专业、应用物理专业 及相近专业的一门主干课。学生通过学习本课程，可以了解固体物理学发展的基本情况，以及固体 物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用，培养学生的科学素质和科学精神。了解固体物理 所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况，培养学生的现代意识和科学远见。掌握固体物 理学的基本概念和基本规律。培养掌握科学知识的方法。掌握应用固体物理学理论分析和处理问题 的手段和方法，培养科学研究的方法。 五、课程教学的主要内容 绪论（2学时) 第一章晶体结构(8学时) 知识点：晶体结构的基本特征，晶体的周期性描述，布喇菲格子的确定和分类，密勒指数的确 定，点对称操作的定义和8种基本对称操作的确定。晶列指数的确定，W-S原胞，晶系分类，点群分 重点：晶体的周期性描述，布喇菲格子的确定和分类，密勒指数的确定。 难点：实际晶体与布喇菲格子的对应关系，密勒指数的确定，8种基本对称操作等 第二章晶体的X射线衍射(6学时) 知识点：X射线衍射原理，倒格子的定义及其基本性质，面间距的计算，布拉格方程的应用， 厄瓦耳球的构造方法等。晶体测量方法，原子散射因子和几何结构因子。 重点：倒格子的定义及其基本性质，布拉格方程的应用，厄瓦耳球的构造方法等 难点：倒格矢的确定，面间距的计算，布拉格方程的应用，厄瓦耳球的构造方法等。 第三章晶体的结合(6学时) 知识点：晶体结合的类型和结合时的物理本质，原子晶体的特征，范德瓦耳斯-伦敦力，晶体排 斥力的来源，讨论离子晶体和分子晶体结合时的经典理论。结合能的定义和计算，原子平衡间距的 确定。离子半径的确定，原子晶体的特征，晶体结合势能公式的推导和确定。 重点：晶体结合的类型和结合时的物理本质，结合能的定义和计算，原子的平衡间距的确定。 难点：晶体结合势能公式的推导和确定，结合能的计算，原子的平衡间距的确定。 第四章晶格振动(6学时) 知识点：本章介绍晶体围绕其平衡位置作振动的基本性质，包括：一维晶体振动方程的求解， 格波的概念，振动波的分类，讨论声学波和光学波的传播性质。运用晶格的周期性条件，论述晶体
《固体物理》教学大纲 一、课程中英文名称 中文名称：固体物理 英文名称：Solid State Physics 二、授课对象：电子科学与技术专业、微电子，应用物理专业 总学时54 三、本课程与其他课程的联系 先修课程：高等数学、线性代数、概率、大学物理、数理方法、物理化学 后续课程：半导体物理、光电技术、电子器件、集成电路应用等 四、课程教学的目的 《固体物理》是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的粒子的运动形态及其相互关系 的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。电子科学与技术专业、应用物理专业 及相近专业的一门主干课。学生通过学习本课程，可以了解固体物理学发展的基本情况，以及固体 物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用，培养学生的科学素质和科学精神。了解固体物理 所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况，培养学生的现代意识和科学远见。掌握固体物 理学的基本概念和基本规律。培养掌握科学知识的方法。掌握应用固体物理学理论分析和处理问题 的手段和方法，培养科学研究的方法。 五、课程教学的主要内容 绪论 （2 学时） 第一章 晶体结构(8学时) 知识点：晶体结构的基本特征，晶体的周期性描述，布喇菲格子的确定和分类，密勒指数的确 定，点对称操作的定义和8种基本对称操作的确定。晶列指数的确定，W-S原胞，晶系分类，点群分 类。 重 点：晶体的周期性描述，布喇菲格子的确定和分类，密勒指数的确定。 难 点：实际晶体与布喇菲格子的对应关系，密勒指数的确定，8种基本对称操作等。 第二章 晶体的X射线衍射(6学时) 知识点： X射线衍射原理，倒格子的定义及其基本性质，面间距的计算，布拉格方程的应用， 厄瓦耳球的构造方法等。晶体测量方法，原子散射因子和几何结构因子。 重 点：倒格子的定义及其基本性质，布拉格方程的应用，厄瓦耳球的构造方法等。 难 点：倒格矢的确定，面间距的计算，布拉格方程的应用，厄瓦耳球的构造方法等。 第三章 晶体的结合(6学时) 知识点：晶体结合的类型和结合时的物理本质，原子晶体的特征，范德瓦耳斯-伦敦力，晶体排 斥力的来源，讨论离子晶体和分子晶体结合时的经典理论。结合能的定义和计算，原子平衡间距的 确定。离子半径的确定，原子晶体的特征，晶体结合势能公式的推导和确定。 重 点：晶体结合的类型和结合时的物理本质，结合能的定义和计算，原子的平衡间距的确定。 难 点：晶体结合势能公式的推导和确定，结合能的计算，原子的平衡间距的确定。 第四章 晶格振动 (6学时) 知识点：本章介绍晶体围绕其平衡位置作振动的基本性质，包括：一维晶体振动方程的求解， 格波的概念，振动波的分类，讨论声学波和光学波的传播性质。运用晶格的周期性条件，论述晶体
的振动模式所取的能量值不是连续的而是分立的。引入声子的概念，讨论晶格与粒子（电子、离 子、原子、声子、光子)间的相互作用。 重点：一维晶体振动方程的求解，格波的概念，振动波的分类，声子的概念。 难点：一维晶体振动方程的求解，声子的概念的引入，晶格与粒子（电子、离子、原子、声 子、光子)间的相互作用。 第五章晶体的热学性质(6学时) 知识点： 本章介绍声子密度分布的计算，导出比热计算公式，讨论高温极限下和低温极限下的 晶体比热，说明声子是晶体的主要热传导媒介，对比热起主要贡献。非谐振动效应，晶体的热膨 胀，长波近似的性质，声子散射的动量守恒(N-过程和U-过程)，声子谱测量的实验方法等。 重点：计算声子的密度分布，导出比热计算公式。分析高温极限下和低温极限下的晶体比热。 非谐振动效应。 难点：声子的密度分布计算，比热计算公式的推导和分析。长波近似的分析。 第六音金属电子气(8学时) 知识点：本章重点介绍 维情况下的能级 温度对费米口狄拉克分布的影响 ,三维情况下的自由电子 气，电子气的比热容，金属比热容的实验结果，电导率和欧姆定律，金属电阻率的实验结果，倒逆 散射，在磁场中的运动，霍尔效应，金属的导热性。 重点：金属自由电子的能量状态，以及在热平衡下电子气的某些物理性质。电导率和欧姆定律，倒 逆散射，在磁场中的运动，霍尔效应 难点：在热平衡下电子气一些物理性质的求解。 第七章能带(12学时) 知识点：介绍近自由电子模型，能隙的由来，能隙的大小。布洛赫涵数，电子在周期势场中的波动 方程，电子的晶体动量，关于中心方程的解，空格点近似，在布里渊区边界附近的近似解，能带中 的轨道数目，金属和绝缘体。紧束缚方法，有效质量。 重点：自由电子模型，能隙的由来，中心方程在布里渊区边界附近的近似解。紧束缚方法，有效质 难点：本章所涉及的知识点都比较难。 六、教材和主要参考资料 教材：固体物理导论，基泰尔，化学工业出版社2005 参考书： 1《周休物理学》（上） ,方俊鑫陆栋着，上海科学技术出版社，1980： 《固体物理学》，黄昆韩汝琦着，高等教育出版社，2000 3 Elementary Solid State Physics,M.A.OMAR,Addison-Wesley Publishing Company,1975 4. (Electronic Properties of Materials),Rolf E.Hummel,Springer-Verlag,2001; 5.《固体物理学》·-基本概念图示，聂向富主编，高等教育出版社，1995； 6. Fundamentals of Materials Science and Engineering Fifth Edition,William D.Callister.Jr. 化学工业出版社 (央 印本) 7. 《半导体物理学》，刘恩科等，西安交通大学出版社，1998； 8.《固体物理基础》闫守胜编著，北京大学出版社，2001； 9.《固体物理》韦丹著，清华大学出版社，2003； 10.《固体物理学大词典》冯端主编，高等教育出版社，1995
的振动模式所取的能量值不是连续的而是分立的。引入声子的概念，讨论晶格与粒子（电子、离 子、原子、声子、光子）间的相互作用。 重 点：一维晶体振动方程的求解，格波的概念，振动波的分类，声子的概念。 难 点：一维晶体振动方程的求解，声子的概念的引入，晶格与粒子（电子、离子、原子、声 子、光子）间的相互作用。 第五章 晶体的热学性质(6学时) 知识点：本章介绍声子密度分布的计算，导出比热计算公式，讨论高温极限下和低温极限下的 晶体比热，说明声子是晶体的主要热传导媒介，对比热起主要贡献。非谐振动效应，晶体的热膨 胀，长波近似的性质，声子散射的动量守恒（N-过程和U-过程），声子谱测量的实验方法等。 重 点：计算声子的密度分布，导出比热计算公式。分析高温极限下和低温极限下的晶体比热。 非谐振动效应。 难 点：声子的密度分布计算，比热计算公式的推导和分析。长波近似的分析。 第六章 金属电子气(8学时) 知识点：本章重点介绍一维情况下的能级，温度对费米狄拉克分布的影响，三维情况下的自由电子 气，电子气的比热容，金属比热容的实验结果，电导率和欧姆定律，金属电阻率的实验结果，倒逆 散射，在磁场中的运动，霍尔效应，金属的导热性。 重 点：金属自由电子的能量状态，以及在热平衡下电子气的某些物理性质。电导率和欧姆定律，倒 逆散射，在磁场中的运动，霍尔效应。 难 点：在热平衡下电子气一些物理性质的求解。 第七章 能带(12学时) 知识点：介绍近自由电子模型，能隙的由来，能隙的大小。布洛赫函数，电子在周期势场中的波动 方程，电子的晶体动量，关于中心方程的解，空格点近似，在布里渊区边界附近的近似解，能带中 的轨道数目，金属和绝缘体。紧束缚方法，有效质量。 重 点：自由电子模型，能隙的由来，中心方程在布里渊区边界附近的近似解。紧束缚方法，有效质 量。 难 点：本章所涉及的知识点都比较难。 六、教材和主要参考资料 教 材：固体物理导论，基泰尔，化学工业出版社2005. 参考书： 1．《固体物理学》（上），方俊鑫 陆栋着，上海科学技术出版社，1980； 2．《固体物理学》，黄昆 韩汝琦着，高等教育出版社，2000； 3．《Elementary Solid State Physics》,M.A.OMAR,Addison-Wesley Publishing Company,1975; 4．《Electronic Properties of Materials》,Rolf E.Hummel, Springer-Verlag,2001； 5．《固体物理学》－－基本概念图示，聂向富主编，高等教育出版社，1995； 6．《Fundamentals of Materials Science and Engineering》Fifth Edition,William D.Callister,Jr. 化学工业出版社（英文影印本）2004； 7．《半导体物理学》，刘恩科等，西安交通大学出版社，1998； 8．《固体物理基础》闫守胜编著，北京大学出版社，2001； 9．《固体物理》韦丹著，清华大学出版社，2003； 10．《固体物理学大词典》冯端主编，高等教育出版社，1995