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《固体物理》教学大纲

课程英文名SolidStatePhysics课程代码F0712Z25
学分2.5总学时40理论学时40实验/实践学时0

课程类别学科基础课课程性质必修先修课程《大学物理》

适用专业微电子学开课学院光学与电子科技学院

一、课程地位与课程目标

（一）课程地位

固体物理是微电子学专业本科生必修的学科基础课程。它着重讲述固体的结构、组成固

体的粒子之间相互作用及其运动规律，并在此基础上阐明固体的基本性质和其应用原理，包

括晶格理论、晶体电子理论。通过该课程的学习，为后续学习半导体物理、半导体器件、太

阳能光伏技术、半导体材料和从事微电子学的研究打下坚实的基础。

（二）课程目标
1．综合应用物理学的基础知识和基本原理分析和解决固体问题；

2．注重基础理论和实验事实之间的相互促进的关系，不强调理论的严格性；

3．为各种固体材料的应用和固体器件的设计提供基本理论和基础知识。

4．固体物理课可以帮助学生巩固、加深和丰富所学到的物理学知识和理论，结合一些先进

的计算软件，完成一些思考题和大作业，加深对内容的理解和对具体知识的掌握。

5．通过分组讨论/大型作业/翻转课堂等，培养学生具有团队意识和人际交流能力。

二、课程目标达成的途径与方法

本课程采用理论教学、翻转课堂、专题讨论相结合；采用板书、多媒体教学和引入计算
机辅助教学等多种教学手段，布置实践作业或大型综合作业来实现本课程的课程目标。

三、课程目标与相关毕业要求的对应关系

课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）
课程目标毕业要求毕业要求毕业要求毕业要求毕业要求
1.1、1.32.1、2.44.1、4.35.1、5.29.2、10.2
课程目标1HH
课程目标2H
课程目标3HMM
课程目标4MH

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课程目标5L

注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。

四、课程主要内容与基本要求

绪论

固体物理发展简史

课程知识框架

要求：了解固体物理学的历史和发展过程，了解固体物理的研究范畴和研究方法，了
解固体物理知识体系的构架。

第一章晶体结构

§1.1晶体的宏观特性

§1.2晶体的微观结构

§1.3晶体的基本类型

§1.4典型的晶体结构

§1.5晶体的对称性

§1.6晶面和晶面指数

§1.7晶体的倒格子与布里渊区

§1.8晶体中的X光衍射

要求：掌握晶体、非晶体的概念，及其主要区别；熟练掌握空间点阵（布拉菲格子）、
基元的概念，以及它们与晶体结构的关系；理解对称操作，掌握14种布喇菲格子的结构特
点，7大晶系之间的相互演变；理解原子半径、配位数、致密度的概念。理解常见晶体：氯
化钠结构、氯化铯结构、金刚结构石、立方硫化锌结构、六角密堆积结构、六角硫化锌结
构的特点；理解晶体的对称性，了解各种对称操作；掌握格点指数、晶向指数、晶面指数
的概念，以及晶轴、晶面的表示方法；熟练掌握倒易点阵的概念及表述，掌握布里渊区的
概念及了解简单立方、体心、面心立方结构的晶体的布里渊区的形状；理解散射波振幅的
推导。了解劳埃方程的图示。
第二章晶体的结合

§2.1内能函数与晶体的性质

§2.2离子结合

§2.3共价结合

§2.4金属结合

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§2.5范德瓦尔斯结合

§2.6氢键结合

§2.7晶体结合的规律性

要求：了解晶体结合的内聚力、排斥力的概念；理解晶体结合的几种基本类型，共价
键的特点，组成分子晶体的范德瓦尔斯力的几种类型、了解氢键的特点；掌握电负性的概
念，理解电负性与晶体结合类型之间的关系；理解静电能（马德隆能）的概念；了解共价
晶体、金属晶体和氢键晶体形成的机理。

第三章晶格振动
§3.1一维单原子晶体的振动

§3.2一维双原子链的晶格振动

§3.3晶格振动的量子化与声子

§3.4晶体的热容

要求：熟练掌握单原子链和双原子链的色散关系，理解群速度的概念；熟练掌握振动
的光学声子支、声学声子支的意义及数目；熟练掌握振动格波能量量子化的理论，三维晶
格振动与声子的概念。熟练掌握三维晶格振动的模式数目与声子数目之间的关系；熟练掌
握声子动量的概念及表述；了解晶格振动的热力学函数，熟练掌握模式密度的概念并会计
算一些简单晶体的模式密度；了解晶格振动的热容理论，理解德拜模型和爱因斯坦模型近
似对晶体热容的处理。

第四章晶体中电子的能带理论
§5.1固体中电子的共有化和能带

§5.2布洛赫定理

§5.3近自由电子模型

§5.4紧束缚模型--原子轨道线性组合法

§5.5克龙尼克--潘纳模型

§5.6晶体中电子的准经典运动

§5.7能带填充与导电性

§5.8实际晶体的能带

要求：了解能带理论的基本假定；理解周期场中单电子状态