Обязательный курс, 36 часов, форма отчетности: зачет

Лектор: доцент В.Н. Манцевич

Программа курса "Атомная структура полупроводников"

1. Историческое введение. Агрегатные состояния вещества. Дальний, ближний и средний порядки. Корреляционная функция. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Заполнение зон электронами. Зонная теория твердых тел. Влияние периодического потенциала решетки на движение электронов. Функции Блоха. Аморфные полупроводники, магнитные полупроводники, сегнетоэлектрики.

2. Функция радиального распределения. Координационное число. Топологически упорядоченная, топологически неупорядоченная и микрокристаллитная структуры.

3. Типы сил взаимодействия между атомами и молекулами в конденсированном состоянии. Потенциальная энергия взаимодействия. Энергия связи. Энергия Маделунга. Формула Леннарда-Джонса. Конфигурационные координаты. Ван-дер-Ваальсово взаимодействие. Ионная связь. Ковалентная связь. Металлическая связь. Водородная связь. Электронное сродство. Энергия связи.

4. Орбитальная структура атома. Атомная орбиталь, слой, оболочка. Сферические гармоники. Кубические гармоники. Электронная конфигурация атома. Порядок заполнения электронных состояний. Правило Хунда. Сигма- и пи-связи.

5. Локальная структура вещества с ненаправленным взаимодействием. Примеры конкретных кристаллических структур. Модель жестких шаров. Простая кубическая структура. Объемноцентрированная кубическая структура. Гранецентрированная кубическая структура.

6. Основные свойства ковалентной связи. Химическая связь и структура молекул. Структура молекул аммиака. Строение молекул метана. Гибридизация атомных орбиталей в молекулах. sp3-, sp2-, sp-гибридизация. Тетраэдрическая структура связей молекул метана. Гибридизация атомных орбиталей в кристаллах. Структура типа алмаза. Электронная структура и химическая связь в двойных соединениях. Ионно-ковалентная связь. Структура типа цинковой обманки. Структура типа вюрцита.

7. Халькогенидные полупроводники. Примеси в твердых телах. Структура связей на поверхности. Релаксация и реконструкция поверхностей. Кристаллические структуры углерода. Примеры структур с различной гибридизацией. Алмаз, графит, фуллерен, карбин, углеродные трубки, графен.

8. Трансляционная симметрия кристалла. Основные вектора. Решетка Бравэ. Основные вектора ОЦК и ГЦК структур. Примитивная ячейка. Условная элементарная ячейка. Кристаллическая структура. Решетка с базисом. Примитивная ячейка Вигнера-Зейтца. Примеры кристаллических структур и решеток с базисом.

9. Обратная решетка. Обозначение точек, направлений и плоскостей в кристаллах. Индексы Миллера. Свойства обратной решетки. Атомная плоскость. Зона Бриллюэна. Дифракция электромагнитного излучения на периодических структурах. Зоны Бриллюэна для структур типа алмаза и типа цинковой обманки. Брэгговские отражения.

10. Преобразования симметрии. Элементы симметрии. Несобственные элементы симметрии. Винтовая ось. Плоскость скольжения. Группы симметрии. Точечные группы симметрии. Изоморфные группы. Абелева группа. Группа симметрии равностороннего треугольника. Таблица умножения группы симметрии. Группа куба и тетраэдра. Порядок осей симметрии в кристаллах.

11. Макроскопическая симметрия кристаллов. Пространственные группы и кристаллические классы. Кристаллические системы (сингонии). Тип решетки Бравэ. Примеры кристаллических структур: кристаллы NaCl, структура алмаза, структура цинковой обманки.

12. Преобразования координат при точечных преобразованиях. Понятия о представлениях групп. Классификация физических величин. Физические тензоры в кристаллах. Тензор второго ранга в кристаллах с симметрией Oh и Td.

Основная литература

1. Дж. Займан. Принципы теории твердого тела. Высшая школа, Москва, 1974.
2. Ч. Уэрт, Р. Томсон. Физика твердого тела. Мир, Москва, 1969.
3. Д. Блейкмор. Физика твердого состояния. Мир, Москва, 1972.
4. Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела. Мир, Москва, 1979.
5. В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. Наука, Москва, 1990.
6. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. Наука, Москва, 1978.
7. И.П. Звягин. Разработка к курсу "Введение в физику конденсированного состояния вещества".