華科固體物理考研題.doc

華中科技大學(xué)一九九九年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）1. 設(shè)半徑為R的硬球堆成體心立方晶格，計(jì)算可以放入其間隙位置的一個(gè)硬球的最大半徑r2. 已知NaCl晶體平均每對(duì)離子的相互作用能為 ，其中馬德隆常數(shù) , n = 9，平衡離子間距 ，求其聲學(xué)波與光學(xué)波之間的頻率間隙（Na的原子量為23, Cl的原子量為35.5, 1原子質(zhì)量單位為1.67克，靜電單位電荷）3. 已知碳在()鐵中的擴(kuò)散系數(shù)D與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：當(dāng)溫度為200度時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D200 = ；溫度為760時(shí)，D760 = ，試求擴(kuò)散過(guò)程的激活能Q（千焦耳/摩爾）（氣體常數(shù)R=8.31焦耳/摩爾開(kāi)）4. 設(shè)N個(gè)電子在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形框中自由運(yùn)動(dòng)，在求解薜定諤方程時(shí)所得電子的本征能量 式中，為任意正整數(shù)，為基態(tài)能量，試求絕對(duì)零度時(shí)系統(tǒng)的費(fèi)米能 5. 設(shè)晶格勢(shì)場(chǎng)對(duì)電子的作用力為，電子受到的外場(chǎng)力為，證明電子的有效質(zhì)量 和電子的慣性質(zhì)量m的關(guān)系為：六已知Na的費(fèi)米能 = 3.2ev，在 T = 0k下, 測(cè)知其電導(dǎo)率= 2.1，試求該溫度下Na的電子的弛豫時(shí)間.（常數(shù):, m = 9.1，）華中科技大學(xué)二00一年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、選擇題（25分） 1.晶體的宏觀對(duì)稱性中有（ ）種基本的對(duì)稱操作 A.7 B.8 C.14 D.32 2.金剛石晶格的布拉菲格子為（ ）A.簡(jiǎn)立方 B.體心立方 C.面心立方 D.六角密排 3.GaAs晶體的結(jié)合方式為（）A.離子結(jié)合 B.共價(jià)結(jié)合 C.金屬性結(jié)合 D.共價(jià)結(jié)合+離子結(jié)合 4.NaCl晶體的配位數(shù)是（）A.4 B.6 C.8 D.12 5.KBr晶體中有3支聲學(xué)波和（）支光學(xué)波A.6 B.3 C.6N D.3N 6.體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，其倒格子原胞體積等于（）A. B. C. D. 7.周期性勢(shì)場(chǎng)中單電子本征波函數(shù)為（）A.周期函數(shù) B.旺尼爾函數(shù) C.布洛赫函數(shù) D. 8.極低溫下，固體的比熱Cv與T的關(guān)系（）A .Cv與T成正比 B. Cv與成正比 C. Cv與成正比 D. Cv與T無(wú)關(guān) 9.面心立方晶格的簡(jiǎn)約布里淵區(qū)是（）A.截角八面體 B.正12面體 C.正八面體 D.正立方體 10.位錯(cuò)破壞了晶格的周期性，位錯(cuò)是（）A.點(diǎn)缺陷 B.線缺陷 C.面缺陷 D.熱缺陷 二、簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題（20分） 1.簡(jiǎn)述金屬，絕緣體和半導(dǎo)體在能帶結(jié)構(gòu)上的差異. 2.為什么對(duì)金屬電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的只是費(fèi)米面附近的電子？ 3.引起固體熱膨脹的物理原因是什么？ 4.什么是金屬的功函數(shù)，寫(xiě)出兩塊金屬之間的接觸電勢(shì)差與功函數(shù)、之間的關(guān)系式.三、（15分）一維周期場(chǎng)中電子的波函數(shù)是，（a是晶格常數(shù)），試求電子在該狀態(tài)的波矢。四、（20分）由三個(gè)原子組成的一維原子鏈，間距為a，試求原子的振動(dòng)頻率. 已知：原子的位移和振動(dòng)頻率表示為 五、（20分）設(shè)一維晶體的電子能帶可以寫(xiě)作其中a是晶格常數(shù)，試求: 1.電子在K狀態(tài)的速度V(k)； 2.能帶底和能帶頂部電子的有效質(zhì)量m底、m頂。 華中科技大學(xué)二00二年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、選擇填空（每題只有一個(gè)正確答案，滿分15分，每題1.5分）1. CsCl晶體結(jié)構(gòu)屬于（）A.面心立方 B.體心立方 C.簡(jiǎn)立方 D.六角密積 2. 極化子的缺陷類型為（） A.點(diǎn)缺陷 B.面缺陷 C.線缺陷 D.填隙原子3. 對(duì)含有N個(gè)原胞的一維原子鏈，用近自由電子模型得出簡(jiǎn)約布里淵區(qū)可容納的電子數(shù)為（） A.3Nn B.3N C.2N D.N4. 金剛石結(jié)構(gòu)中能出現(xiàn)衍射斑點(diǎn)的衍射面指數(shù)有（） A.221 B.442 C.100 D.1115. 擴(kuò)散的微觀結(jié)構(gòu)為（） A.空穴機(jī)構(gòu) B.填隙原子機(jī)構(gòu) C.位錯(cuò)機(jī)構(gòu) D.極化子機(jī)構(gòu)6. 晶體中的宏觀對(duì)稱性中有如下幾種對(duì)立的對(duì)稱操作（） A.1，2，3，4，6，i，m， B.1，2，3，4，5，6，7，8, C.1，2，3，4，6， D.2，3，4，7. 由200個(gè)NaCl分子組成的晶體，其聲子種類個(gè)數(shù)為（） A.200 B.600 C.1200 D.4008. 范德瓦耳斯力F與分子間距r的關(guān)系為 （） A.F B.F C.F D.F 9. 晶體中的有效質(zhì)量為負(fù)意味著（） A.電子逸出晶體 B.電子動(dòng)量減小 C.電子動(dòng)量增加 D.電子質(zhì)量減小10. 晶體中可能的配位數(shù)為（）A.12，8，6，4，3，2 B.12，8，6，5，4，3C.12，9，8，6，4，2 D.12，9，6，5，4，2二、填空題（滿分15分） 1.硅的結(jié)構(gòu)是（），一個(gè)晶胞中含有（）個(gè)原子，其固體物理學(xué)原胞中含有（）個(gè)原子，它的體積是結(jié)晶學(xué)原胞的（）倍。2.晶體中存在的幾種基本結(jié)合類型是（）、（）、（）、（）、（）。3.在含有N個(gè)原胞的CeCl晶體中，格波的總支數(shù)為（），一個(gè)波矢對(duì)應(yīng)有（）支格波，其中（）支聲學(xué)波，（）支光學(xué)波，波矢的總數(shù)目為（）。4.晶體按其對(duì)稱性可分為（）大晶系，共有（）種布喇菲原胞。5.晶體中原子擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)概括起來(lái)有（）、（）和（）。6.晶體最基本特征是（）。三、設(shè)原子質(zhì)量為m，晶格常數(shù)為a，恢復(fù)力常數(shù)為，試求由6個(gè)原子組成的一維布喇菲格子中的所有振動(dòng)頻率（15分）。四、已知二維晶格的基失，間的夾角為，且|=|=a，求倒格子原胞基失和倒格子原胞體積。（20分）五、假設(shè)某一維晶格其勢(shì)場(chǎng)函數(shù)為 V（x）= -2+sinx+sin2x+sin3x 求：1.所有禁帶寬度值； 2.第三能帶的寬度； 3.第二能帶頂部和底部的有效質(zhì)量。(15分)六、試用能帶論的觀點(diǎn)解釋滿帶電子不導(dǎo)電、不滿帶電子在外加電場(chǎng)作用下能導(dǎo)電，并由此說(shuō)明金屬和絕緣體的導(dǎo)電性。（10分）七、試畫(huà)出二維正方格子晶格的第一、第二布里淵區(qū)，并說(shuō)明布里淵區(qū)的特點(diǎn)。（10分） 華中科技大學(xué)二00三年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、（60分）簡(jiǎn)要回答以下各題： 1.寫(xiě)出NaCl和CsCl晶體的結(jié)構(gòu)類型； 2.分別指出簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方晶體倒易點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)類型； 3.計(jì)算面心立方結(jié)構(gòu)（設(shè)晶格常數(shù)為a）的填充率； 4.晶體有哪些基本的結(jié)合類型？ 5.晶體比熱理論中的德拜（Debye）近似在低溫下與實(shí)驗(yàn)符合很好，其物理原因是什么？ 6.在第一布里淵區(qū)范圍繪出一維單原子點(diǎn)陣的色散關(guān)系示意圖； 7.對(duì)于初基晶胞數(shù)為N的二維晶體，基元含有兩個(gè)原子，聲學(xué)支振動(dòng)模式和光學(xué)聲學(xué)支振動(dòng)模式的數(shù)目各有多少？ 8.什么是費(fèi)米能級(jí)？寫(xiě)出金屬費(fèi)米能級(jí)的典型值； 9.簡(jiǎn)述Bloch定理，該定理必須采用什么邊界條件？ 10.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體和絕緣體能帶中電子填充的特點(diǎn)。二、（22分）對(duì)于惰性元素晶體，任意兩個(gè)原子間的相互作用能為：，其中、為常數(shù)， 為原子間距離。 （1）指出上式中兩項(xiàng)的物理意義及來(lái)源，并寫(xiě)出該類晶體內(nèi)能的表達(dá)式； （2）證明平衡時(shí)與原子最近鄰距離 之比是一個(gè)與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。三、（22分）由N個(gè)相同原子組成的面積為S的二維正方晶格，在德拜近似下計(jì)算比熱，并論述在低溫極限下比熱與成正比。四、（24分）由N個(gè)自由電子組成的三維氣體，處于0K時(shí) （1）證明：動(dòng)能與費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系為：； （2）利用結(jié)果（1）證明壓強(qiáng)與體積的關(guān)系為。五、（22分）用緊束縛近似求出面心立方晶格和體心立方晶格s態(tài)原子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶。華中科技大學(xué)二00四年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、（60分，每小題6分）簡(jiǎn)要回答一下各題1SC、BBC和FCC結(jié)構(gòu)的慣用晶胞各含幾個(gè)陣點(diǎn)；這三種結(jié)構(gòu)中陣點(diǎn)的最近鄰數(shù)目分別是多少？2算晶格常數(shù)為a的FCC點(diǎn)陣（111）面的面密度。3證明倒格矢=h+k+l與晶面（hkl）垂直。4固體中原子之間的排斥作用取決于什么原因？5對(duì)三維晶體，繪出德拜模型和愛(ài)因斯坦模型下的D()示意圖。6. 在高溫極限下，頻率為的格波聲子數(shù)目對(duì)溫度的依賴關(guān)系如何？7. 金屬電阻率產(chǎn)生的主要過(guò)程有哪些？在低溫極限下，金屬電阻率主要由什么因素決定？8. 寫(xiě)出金屬費(fèi)米溫度和費(fèi)米速度的典型值。9. 證明在周期勢(shì)場(chǎng)作用下單電子哈密頓量與平移算符可對(duì)易。10.在緊束縛近似下，內(nèi)層電子與外層電子相比，哪一個(gè)的能帶更寬？二、（16分）已知半導(dǎo)體GaAs具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)。Ga和As兩原子的最近距離為d=2.54，求：（1）其晶格常數(shù)；（2）Miller指數(shù)為（110）晶面的面間距。三、（20分）（1）寫(xiě)出離子晶體內(nèi)能的表達(dá)式，并指出各項(xiàng)的物理意義；（2）計(jì)算正負(fù)離子相間排列的一維晶格的馬德隆常數(shù)。四、（20分）對(duì)于原子間距為a，由N個(gè)原子組成的一維單原子鏈，在德拜近似下（1）計(jì)算晶格振動(dòng)頻譜和德拜頻率；（2）計(jì)算在低溫極限下的熱容。（其中）五、（16分）對(duì)于限制在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形中的自由電子氣體，電子總數(shù)為N，（1計(jì)算能量在EE+dE之間的狀態(tài)數(shù)；（2）求此二維系統(tǒng)在絕對(duì)零度的費(fèi)米能量。六、（18分）對(duì)一維單原子鏈，原子間距為a，（1）利用緊束縛近似，求原子非簡(jiǎn)并s電子形成的能帶E(k)；（2）求能帶寬度以及帶頂和帶底的電子有效質(zhì)量。華中科技大學(xué)二00五年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）1 簡(jiǎn)答下列問(wèn)題6. 體心立方河面心立方晶格結(jié)構(gòu)的金屬中，設(shè)立方邊長(zhǎng)為a，分別寫(xiě)出最近鄰和次近鄰的原子間距。7. 證明體心立方的倒點(diǎn)陣類型為面心立方。8. 具有體心立方結(jié)構(gòu)的某元素晶體，在其多晶樣品的X射線衍射中，散射角最小的三個(gè)衍射峰的晶面指數(shù)是什么？9. 以Ba和O兩種元素形成離子晶體為例，是形成類型還是類型，判斷的原則是什么？10. 對(duì)于面心立方結(jié)構(gòu)的分子晶體，只考慮最近鄰和次近鄰的影響，估算和。11. 晶格在絕對(duì)零度是否還存在格波？若存在，格波之間還能夠交換能量嗎？12. 簡(jiǎn)述晶態(tài)絕緣體的熱導(dǎo)機(jī)制。13. 定性討論低溫下自由電子氣體的熱容對(duì)溫度的依賴關(guān)系。14. 一維單原子晶格能帶中，一個(gè)能級(jí)最多能容納幾個(gè)電子？簡(jiǎn)述理由。15. 能帶計(jì)算中的緊束縛近似的基本思想是什么？2 對(duì)一由A,B兩種原子組成的一維雙原子鏈，排列方式為ABABAB,設(shè)AB鍵長(zhǎng)為a/2，A,B原子的形狀因子分別是fA,fB,入射X射線束垂直于原子鏈。（1） 證明干涉條件為n=a cos，其中為衍射束與原子鏈間的夾角。（2） 倒格矢，h為整數(shù)，證明h為奇數(shù)是，衍射束強(qiáng)度正比于,h為偶數(shù)時(shí)，衍射束強(qiáng)度正比于。（3） 說(shuō)明時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？3 離子晶體的內(nèi)能公式。(1) 求平衡原子間距內(nèi)能極小值的表達(dá)式(2) 如果離子電荷加倍，點(diǎn)陣常數(shù)和內(nèi)能將會(huì)受到什么影響？4 設(shè)一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一維單原子鏈，原子質(zhì)量為m，原子間距為，原子之間的相互作用勢(shì)可以表示為U（+）=A cos（/a），其中|。根據(jù)簡(jiǎn)諧近似：（1） 求色散關(guān)系；（2） 由色散關(guān)系求模式密度；（3） 列出晶格熱容的積分表達(dá)式。5 求出一維和二維自由電子氣體的能態(tài)密度。6 設(shè)有二維正方晶格，晶格常數(shù)為，其晶格勢(shì)場(chǎng)V，按弱周期場(chǎng)處理，求出布里淵區(qū)頂角處的禁帶寬帶。華中科技大學(xué)二00六年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）1、 寫(xiě)出七種晶系的名稱。2、 何為第一布里淵區(qū)，它的體積與正點(diǎn)陣初基晶胞的大小有何關(guān)系。3、 對(duì)于二維正點(diǎn)方陣，繪出第一、二布里淵區(qū)示意圖。4、 寫(xiě)出分子晶體相互作用能的表達(dá)式，指出各項(xiàng)的物理意義，并表示出平衡時(shí)原子間的最鄰近距離。5、 為什么在討論晶格振動(dòng)的內(nèi)能時(shí)，通常不考慮光學(xué)模式的影響。6、 繪出晶格導(dǎo)熱率隨溫度變化的示意圖，指出在高溫和低溫極限下晶格熱導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴關(guān)系，并給與簡(jiǎn)要說(shuō)明。7、 對(duì)于絕對(duì)零度下的自由電子氣體，當(dāng)體積增大時(shí)，態(tài)密度、費(fèi)米能級(jí)和電子平均動(dòng)量分別將增大還是減??？說(shuō)明理由。8、 晶體中，當(dāng)電子處在布洛赫態(tài)F（ ）時(shí),是否是電子的實(shí)際動(dòng)量？說(shuō)明理由。9、 比較寬度不同的兩個(gè)能帶，哪一個(gè)能帶中的電子公有化運(yùn)動(dòng)程度高？10、 解釋直接帶間隙半導(dǎo)體和間接帶系半導(dǎo)體，并各舉出一個(gè)例子。二（16分）證明勞厄衍射條件 = G 2 與布拉格方程等價(jià)。這里 為入射x線波矢， 為倒點(diǎn)陣平移矢量。三（16分）設(shè)晶體總的相互作用能可表示為u（r）=-rm+rn ，其中，第一項(xiàng)為吸引能；第二項(xiàng)為排斥能；r為最鄰近原子間的距離，、n 和m均為大于零的常數(shù)。（1）證明，要使該晶體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，必須滿足 nm ；（2）計(jì)算平衡時(shí)，晶體中最鄰近原子的間距ro 和晶體的相互作用能u（ro）。四（16分）對(duì)于面積為S的二維晶體，設(shè)晶波的傳播速度為v，初基晶胞總數(shù)為N，應(yīng)用Debye模型分別計(jì)算：（1）晶格振動(dòng)的模式密度D（）；（2）Debye頻率D；（3）晶體的零點(diǎn)振動(dòng)能ED（用N和D 表示）。五（16分）證明二維自由電子氣的化學(xué)勢(shì)（T）=kBTlnexpn2mkBT-1，其中m為電子質(zhì)量，n為電子面密度。六（16分）若一維晶體的勢(shì)能密度為V(x)= 其中 a=2d，n為整數(shù)。畫(huà)出此勢(shì)能曲線函數(shù)示意圖，并用近自由電子近似求前兩個(gè)不為零的能隙。七（16分）對(duì)于本征半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底能級(jí)Ec，價(jià)帶頂能級(jí)Ev，電子和空穴的有效質(zhì)量分別為mn*，mh*， 求費(fèi)米能級(jí)的位置。華中科技大學(xué)二00七年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、簡(jiǎn)答下列各題（60分，每小題6分）1.指出硅晶體的晶系、點(diǎn)陣類型；晶格常數(shù)為a，求硅原子之間的最近距離。2.繪出面心立方結(jié)構(gòu)的金屬在（110）和（100）面上的原子排列示意圖。3.什么是馬德隆能？馬德隆常數(shù)是由什么因素決定的？4.對(duì)于惰性元素晶體，任意兩個(gè)原子間的相互作用能為:，其中r為原子間距，參數(shù)、的物理意義是什么？5.什么是德拜頻率？德拜溫度？寫(xiě)出德拜溫度的典型值范圍。6.按德拜模型，定性說(shuō)明低溫下晶體振動(dòng)熱容對(duì)溫度的依賴關(guān)系。7.對(duì)具有N個(gè)初基晶胞的晶體，每個(gè)能帶能容納多少電子？自由電子Bloch電子勢(shì)場(chǎng)邊界條件本征波函數(shù)能量8.按自由電子與Bloch電子的主要特點(diǎn)，填寫(xiě)下表。16. 半導(dǎo)體硅的導(dǎo)帶底在布里淵區(qū)中的100方向，鍺的導(dǎo)帶底在111方向，他們等價(jià)的導(dǎo)帶底各有多少？9. 簡(jiǎn)述非平衡載流子的復(fù)合機(jī)理類型。二、 （15分）對(duì)于金剛石結(jié)構(gòu)晶體，設(shè)原子形狀因子為f，推導(dǎo)結(jié)構(gòu)因子S的表達(dá)式，并討論出現(xiàn)x射線衍射峰的條件。三、 （15分）由2N個(gè)電荷為q的正負(fù)離子等間距交替排列形成的維鏈，其最近鄰之間的排斥勢(shì)能為A/Rn。（1）證明在平衡間距R0下，內(nèi)能為：；（2）設(shè)晶體被壓縮，使R0變?yōu)镽0(1+),證明晶體單位長(zhǎng)度上，外力所作的功為C，其中。四、 （15分）對(duì)于原子間距為a，由N個(gè)原子組成的一維單原子鏈，在德拜近似下（1）計(jì)算晶體振動(dòng)模式密度；（2）證明在低溫極限下，熱容正比于溫度T;(3)計(jì)算絕對(duì)零度下總的零點(diǎn)振動(dòng)能。五、 （15分）（1）設(shè)電子密度為n，按自由電子氣體模型推導(dǎo)費(fèi)米波矢kF的表達(dá)式；（2）求與晶格常數(shù)為a的面心立方點(diǎn)陣的第一布里淵區(qū)內(nèi)切的費(fèi)米球所對(duì)應(yīng)的電子密度。六、 （15分）對(duì)于體心立方晶體，s態(tài)電子形成能帶。（1）利用緊束縛近似求E(k);(2)電子能帶寬度E；（3）證明在能帶底附近等能面近似為球面。（15分）對(duì)于本征半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底數(shù)級(jí)EC，價(jià)帶頂能級(jí)為EF,gc(E)、gv(E)分別是導(dǎo)帶和價(jià)帶中單位體積的電子態(tài)密度，其中，。假設(shè)分別求出：（1）導(dǎo)帶電子密度的表達(dá)式；（2）價(jià)帶空穴密度的表達(dá)式；（3）EF（T)的表達(dá)式。華中科技大學(xué)二00八年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）一、簡(jiǎn)答下列各題（60分，每小題6分）1、石墨層中的碳原子排列成六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。畫(huà)出這一二維結(jié)構(gòu)的初級(jí)晶胞，并說(shuō)明它的基元包含幾個(gè)原子？2、對(duì)于金剛石結(jié)構(gòu)，慣用晶胞包含多少原子，并寫(xiě)出這些原子的坐標(biāo)。3、具有面心立方結(jié)構(gòu)的某元素晶體，它的多晶樣品X衍射譜中，散射角最小的三個(gè)衍射峰相應(yīng)面指數(shù)是什么？4、寫(xiě)出分子晶體的內(nèi)能表達(dá)式，平衡時(shí)，吸引力與排斥力相互抵消，表示出平衡時(shí)吸引力的大小。5、如果初基晶胞的體積增加一倍，則第一布里淵體積的德拜波矢產(chǎn)生何種變化？6、簡(jiǎn)要解釋聲子碰撞的N過(guò)程，哪種過(guò)程對(duì)晶格振動(dòng)的熱阻有貢獻(xiàn)？低溫下主要發(fā)生哪種過(guò)程？7、簡(jiǎn)要解釋金屬電阻率的來(lái)源，剩余電阻率的大小與什么因素有關(guān)？8,、接近自由電子模型，定性說(shuō)明禁帶產(chǎn)生的原因，每個(gè)能帶能容納的電子數(shù)目有多少？9、N型和P型半導(dǎo)體，畫(huà)出它們的能帶結(jié)構(gòu)示意圖，以及當(dāng)它們接觸達(dá)到平衡時(shí)所形成的pn結(jié)勢(shì)壘示意圖。分別標(biāo)明費(fèi)米能級(jí)位置。10、在半導(dǎo)體載流子濃度的計(jì)算中，往往將費(fèi)米分布函數(shù)簡(jiǎn)化為波爾茲曼分布函數(shù)，試說(shuō)明原因。二、（15分）證明在Nacl型離子晶體中，晶面族（h,k,l）的衍射強(qiáng)度為： |fA+fB| 當(dāng)h,k,l均為偶數(shù)時(shí)Ihkl |fA-fB| 當(dāng)h,k,l均為奇數(shù)時(shí)3 其余情形其中fA，fB分別為正負(fù)離子的形狀因子。三、由2N個(gè)電荷q的正負(fù)離子交替排列組成的一維晶體鏈（N1），最近鄰之間的排斥能為B/R,(1)試證在平衡時(shí)，該一維鏈的內(nèi)能（采 2Nqln2用高斯制）為U（R0）=-(1-1/n);(2)若晶體被壓縮，使R0R0R0（1-），且1，證明晶體在被壓縮的過(guò)程中，外力對(duì)每個(gè)離子平均做功為c/2,其中， （n-1）q2*ln2c=- 。 Ro(3) 設(shè)某二維結(jié)構(gòu)聲子的色散關(guān)系為w（k)=Ak(3/2),A為大于0的常數(shù)。求該結(jié)構(gòu)在低溫極限下振動(dòng)的內(nèi)能與熱能對(duì)溫度的依賴關(guān)系。(4) （1）設(shè)電子的密度為n，按自由電子氣體模型推導(dǎo)費(fèi)米波矢Kf的表達(dá)式；（4） 求晶格常數(shù)為a的面心立方點(diǎn)陣的第一布里淵區(qū)內(nèi)切的費(fèi)米求所對(duì)應(yīng)的電子密度。4 對(duì)于晶格常數(shù)為a的體心立方結(jié)構(gòu)單原子晶體，（1）用緊束縛近似方法求某內(nèi)層s態(tài)電子的能帶E(k)；（2）電子能帶寬帶E，并證明帶底附近等能面近似為求面；（3）寫(xiě)出沿110方向的E（k）表達(dá)式。5 在硅晶體中摻入10/cm砷原子，求300k時(shí)的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)（分別相對(duì)于導(dǎo)帶底和本證費(fèi)米能級(jí)）。其中，k=1.38*10J/K，1eV=1.62*10J,300k時(shí)硅的N為9.65*10/cm，導(dǎo)帶的有效態(tài)密度N=2.86cm。華中科技大學(xué)二00九年招收碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目： 固體物理 適用專業(yè)： 微電子學(xué)與固體電子學(xué)、材料物理與化學(xué)、電力電子與傳動(dòng) （除畫(huà)圖題外，所有答案都必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題上及草稿紙上無(wú)效，考完后試題隨答題紙交回）1.面心立方晶體中，某晶面的晶軸截距分別為1，-1，-2，寫(xiě)出該晶面的密勒指數(shù)；在x射線衍射譜中是否會(huì)出現(xiàn)該晶面的衍射峰？2.分別求bcc結(jié)構(gòu)中晶面（111）與（100），（111）與（100）交線的晶向；3.Bragg公式反映了晶格結(jié)構(gòu)的何種信息？它的不足是什么？4.對(duì)于體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)的分子晶體，只計(jì)及次近鄰相互作用，分別計(jì)算他們的內(nèi)能表達(dá)式中的、參數(shù)的值；5.依據(jù)德拜模型，定性說(shuō)明晶格振動(dòng)熱容在低溫下與成正比？6.簡(jiǎn)述測(cè)量晶格振動(dòng)色散關(guān)系（K）的基本實(shí)驗(yàn)原理；7.自由電子費(fèi)米氣體模型給出的熱容與實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間有一定的偏差。這種偏差產(chǎn)生的主要原因是什么？8.對(duì)于原子內(nèi)層s電子，簡(jiǎn)述緊束縛方法計(jì)算能帶的基本思想；并按照這一方法寫(xiě)出晶格常數(shù)為a的二維正方結(jié)構(gòu)的能帶表達(dá)式。9.價(jià)帶中一個(gè)電子躍遷到導(dǎo)帶，形成一個(gè)空穴，該空穴與電子的有效質(zhì)量、波矢、群速度之間是什么關(guān)系？10.對(duì)于半導(dǎo)體Si、Ge晶體，價(jià)帶頂附近因能帶簡(jiǎn)并出現(xiàn)重空穴和輕空穴，畫(huà)出重空穴和輕空穴的能帶示意圖；在一定溫度下，哪種空穴的數(shù)目多？并簡(jiǎn)述理由。二.(試卷難以識(shí)別,未能打出來(lái))三（15分）設(shè)一晶體相鄰原子間的相互作用勢(shì)為，R為最近鄰原子間的的距離，、n、m均為大于零的常數(shù)。七、 只考慮最近鄰原子的相互作用，計(jì)算平衡時(shí)，最近鄰原子的間距和晶體內(nèi)能；八、 設(shè)平衡時(shí)=3，每個(gè)原子的內(nèi)能為-4eV，m=2，n=10，求和？四（15分）質(zhì)量為m的原子占據(jù)二維正方晶格，只考慮最近鄰原子間的相互作用，聲子色散系數(shù)曲線為=，其中a為晶格常數(shù)，是力常數(shù)；（1） 在長(zhǎng)波極限下，求簡(jiǎn)正模式密度（及聲子態(tài)密度）；（2） 求德拜頻率；（3） 在絕對(duì)零度，原子偏離其平衡位置的均方位移。五（15分）體積為V，電子總數(shù)為的自由電子氣體，推導(dǎo)態(tài)密度表達(dá)式；求費(fèi)米能和費(fèi)米動(dòng)量；在絕對(duì)零度下，電子的平均速率。六（15分）晶格常數(shù)為a和c