固体物理学的研究对半导体工业发展起到了推动作用。
固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种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。固体物理是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础,固体物理的研究论文占物理学中研究论文的三分之一以上。
固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长,正在形成新的交叉领域。固体物理学所面对的实际上是多体问题。在固体中,粒子之间种种各具特点的耦合方式,导致粒子具有特定的集体运动形式和个体运动形式,造成不同的固体有千差万别的物理性质。
能带理论:
固体中电子的状态和行为是了解固体的物理、化学性质的基础。维德曼和夫兰兹于1853年由实验确定了金属导热性和导电性之间关系的经验定律。
洛伦兹在1905年建立了自由电子的经典统计理论,能够解释固体物理学上述经验定律,但无法说明常温下金属电子气对比热容贡献甚小的原因;泡利在1927年首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性,索末菲在1928年用量子统计求得电子气的比热容和输运现象,解决了经典理论的困难。
固体中电子的运动状态服从量子力学和量子电动力学的规律。在晶体中,原子的外层电子可能具有的能量形成一段一段的能带。电子不可能具有能带以外的能量值。按电子在能带中不同的填充方式,可以把晶体区别为金属、绝缘体和半导体。能带理论结合半导体锗和硅的基础研究,高质量的半导体单晶生长和掺杂技术,为晶体管的产生准备了理论基础。
固体物理是基础。固体物理的能带论,预言了半导体的存在,并且为晶体管的制造提供理论基础。半导体物理是固体物理学的一个分支。
半导体物理是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
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