Механика квантовая полупроводников

Теория полупроводников является составной частью физики твердого тела, которая сформировалась на базе квантовой механики, статистической физики и термодинамики. Основные свойства полупроводников могут быть правильно поняты только в свете этих наук. Без этого изложение теории полупроводников свелось бы к простому перечислению экспериментальных данных. Большая часть современной литературы по полупроводникам требует от читателя достаточно глубоких знаний перечисленных наук. Данная книга рассчитана на читателя, предварительная подготовка которого ограничивается изучением курсов общей физики и химии и начал высшей математики в объеме, предусмотренном программами для средних учебных заведений. В связи с этим первые две главы книги посвящены вопросам термодинамического равновесия, различимости и неразличимости микрочастиц, скоростей молекулярных процессов, а также природы химической связи и кристаллического строения твердого тела. [c.5]

Вычисление концентраций каких-либо частиц, а также определение скорости их возникновения или исчезновения является самостоятельной задачей термодинамики, квантовой механики, статистической физики и кинетики. Подобные вычисления применительно к другим веществам производились еще задолго до появления теории полупроводников. Учитывая также то обстоятельство, что свойства любых веществ, и, в частности, диэлектриков, полупроводников и металлов могут быть поняты, а часто и предсказаны только на основе перечисленных наук, мы начнем изучение физики и химии полупроводников с рассмотрения некоторых общих положений. [c.12]

Современная теория твердого тела развивается на базе квантовой механики и статистической физики, которые позволяют связать структуру и свойства твердого тела с силами взаимодействия между частицами. Теория твердого тела позволяет определить энергию кристаллической решетки, теплоемкость твердых тел и их оптические свойства, объяснить различие между металлами, изоляторами и полупроводниками, охарактеризовать электропроводность этих тел. [c.172]

Зонная теория твердого тела позволяет объяснить основные физико-химические свойства кристаллов высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов, особенности проводимости в полупроводниках, изолирующие свойства диэлектриков и т. п. Электрическая проводимость кристаллов определяется наличием квазисвободных электронов, способных к направленному перемещению под действием внешнего электрического поля. Если на электрон действует сила, определяемая напряженностью электрического поля, то он начинает двигаться с ускорением и его кинетическая энергия при этом возрастает. В зонной модели, которая является результатом применения представлений квантовой механики к твердому телу, возрастание энергии электрона равносильно его переходу на более высокий энергетический уровень. При наличии в зоне разрешенных энергий вакантных уровней, ко- [c.309]

Квантовая механика твердых тел рассматривает движение валентных электронов в кристалле, как движение их в периодическом поле кристаллической решетки. На этой основе была разработана теория металлов, полупроводников и диэлектриков, получившая название зонной теории и объясняющая природу многих важнейших явлений и закономерностей в свойствах твердых тел (см. курс физики). [c.135]

Взаимодействие светового потока, представляющего собой переменное электромагнитное поле, с электромагнитным полем кристалла описывается методами квантовой механики. Сущность явления взаимодействия сводится к тому, что световая волна в кристаллическом пространстве индуцирует электродвижущую силу, численное значение которой пропорционально величине металлической связи и количеству всевозможных дефектов, так называемых центров окраски. Под влиянием световой волны возникает разупорядочение электромагнитного поля кристалла, что вызывает селективное, или полное, поглощение лучистой энергии. Поэтому кристаллы-проводники или полупроводники полностью поглощают вет, непрозрачны, отражение света ими максимальное, что обусловливает блеск металлический или полуметаллический, светлую или темную окраску. [c.59]

Это общая форма так называемого управляющего уравнения. Оно может быть также выведено на основе квантовой механики при использовании сходных аргументов. При этом обязательно применяется допущение о повторяющейся случайности, а именно что для каждого момента времени тЭ х имеет случайное значение, чтобы оправдать отождествление вероятности с мерой фазового пространства. Примерами такого описания могут служить флюктуации плотности, поршень Рэлея, броуновское движение, полупроводник -типа. [c.83]

Иоффе работал в основном в области квантовой механики. Его первые исследования посвящены обоснованию квантовой теории света. Позже изучал механические свойства кристаллов, электрические свойства диэлектриков, свойства полупроводников и т. д. Иоффе был замечательный педагог, у которого учились многие известные впоследствии физики. [c.167]

Специалистам в области физической химии и кристаллохимии ясно, насколько трудно не только просто и доходчиво изложить в столь небольшом объеме огромный и сложный материал обеих дисциплин слушателям, весьма ограниченно разбирающимся в началах химии, но даже выбрать материал, который должен быть включен в программу курса. Мы приняли во внимание знания, даваемые студентам в курсах общей физики, квантовой механики (к сожалению, преподаваемой без квантовой статистики), статистической физики, физики полупроводников. Соответствующие разделы физической химии и, в частности, учение о строении атома и химической связи в наш курс ие включены. [c.7]

Химическая связь в полупроводниках. Зонная теория твердого тела удовлетворительно объясняет специфические особенности полупроводников. Вместе с тем эта теория является следствием применения квантовой механики к проблеме твердого тела, хотя зонная модель распространяется и на апериодическое поле, характерное для некристаллических веществ. Однако открытие жидких и аморфных полупроводников убедительно доказывает, что полупроводниковые свойства в первую очередь определяются природой химической связи данного атома с его ближайшим окружением. [c.34]

С. 3. Рогинский [333] наряду с Л. В. Писаржевским заложил основы электронного направления в теории катализа, согласно которому в окислительно-восстановительных реакциях принимают участие электроны катализатора. На основе принципов квантовой механики Ф. Ф. Волькенштейн впервые предложил электронную теорию катализа на полупроводниках [334]. Развитие этой теории послужило началом большого числа экспериментальных работ по связи электронных и физических свойств твердых тел со скоростями и энергиями активации адсорбционных и каталитических процессов. Вслед за работами советских ученых появились работы зарубежных авторов, также трактующих вопросы адсорбции и катализа на полупроводниках с точки зрения электронных представлений. Закономерности кинетики гетерогенного каталитического процесса существенным образом определяются характером и закономерностями адсорбции компонентов реакции. Адсорбционные явления подробно рассмотрены С. 3. Ро- [c.62]

Пример барометр не так далек от науки, как это может показаться на первый взгляд. Предсказания часто делаются на основе не очень надежных или даже явно ошибочных теорий. Хотя эффективные предсказания, конечно, подтверждают теорию, недостаточность ее для объяснения обнаруживается в свете более общих концепций. Примером является теория свободных электронов, которая с успехом предсказывает многие факты, относящиеся к металлам, полупроводникам и изоляторам. Однако эта теория плохо согласуется с общей теорией строения вещества, основанной на квантовой механике. Для адекватного объяснения свойств твердого тела она должна быть заменена более точной картиной [c.82]

Осн. область работ — квантовая химия. Развил (1966) теорию строения больших молекул с сопряженными связями, основанную на принципах квантовой механики и эмпирическом материале и позволяющую прогнозировать физико-хим. св-ва в-ва. Предсказал (1973—1975) возможность фазовых переходов в орг. полупроводниках и металлах, происходящих под давлением и связанных с изменением ионного состояния. Развил (1969—1972) теорию колебательных и электронно-колебательных состояний больших молекул в конденсированной фазе. Разработал теорию окисл.-восстановит. р-ций в полярных средах. [c.326]

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, изучающая общие закономерности движения и взаимодействия микрочастиц (элементарных частиц, атомных ядер, атомов и молекул) теоретическая основа современной физики и химии. К. м. возникла в связи с необходимостью преодолеть противоречивость и недостаточность теории Бора относительно строения атома. Важнейшую роль в разработке К. м. сыграли исследования М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, М. Борна и др. К. м. была создана в 1924—26 гг., благодаря трудам Л. де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга и П. Дирака. К. м. является основой теории многих атомных к молекулярных процессоБ. Она имеет огромное значение для раскрытия строения материи и объяснения ее свойств. На основе К. м были объяснены строение и свойства ато MOB, атомные спектры, рассеяние света создана теория строения молекул и рас крыта природа химической связи, раз работаиа теория молекулярных спектров, теория твердого тела, объясняющая его электрические, магнитные и оптические свойства с помощью К. м. удалось понять природу металлического состояния, полупроводников, ферромагнетизма и множества других явлений, связанных с природой движения и взаимодействием микрочастиц материи, не объясняемых классической механикой, [c.124]

Теперьона представляет собой целую систему областей знания, в которой проблемы термодинамики, статистической физики и кинетики переплетаются с вопросами квантовой механики, теории строения молекул, молекулярной оптики, теории диэлектриков, полупроводников и металлов, молекулярной акустики, квантовой электроники и многими другими. [c.5]

Как отмечалось в гл. 17, электроны в атомах движутся со скоростями, составляющими заметную долю от скорости света. Следовательно, для описания атомных систем необходимым оказалось одновременное привлечение и квантовой механики, и теории относительности. Слияние двух важнейших разделов механики привело к рождению квантовой теории электромагнитного поля—кван-тпвой электродинамики. Олин из важнейших выводов квантовой электродинамики — представление о двойственной природе быстродвижуи ихся микрообъектов, которые проявляют себя и как частицы корпускулы), и как волны. Такая двойственная природа впервые была установлена для света. Разрабатывая теорию света, ученые первой половины XIX в. доказали, что он представляет собой электромагнитные колебания и проявлениями его волновой природы являются преломление, интерференция, дифракция и др. Однако с позиций волновой природы не удавалось объяснить открытый в 1889 г. А. Г. Столетовым фотоэффект (испускание металлом или полупроводником электронов под действием света). Считалось, что энергия электромагнитных колебаний накапливается постепенно, по мере поступления, между началом освещения и моментом вылета электрона должно проходить длительное время. Опыт же показывал, что фотоэффект можно наблюдать в момент освещения металла. [c.201]

Естественно, что с точки зрения квантовой механики простейшим является процесс адсорбции атома, а ему аналогичным — образование радикала на поверх1ности. Поэтому реакции с участием атомов и радикалов рассмотрены в электронной теории наиболее подробно. Несмотря на это, отсюда еще нельзя сделать вывод, будто результатом электронной теории катализа явилось доказательство преимущественно радикального механизма гетерогенных каталитических реакций на металлах и полупроводниках. Дело об-. / стоит проще радикальные механизмы реакций относятся к тому типу задач, которые в теории полупроводников допускают сейчас сколько-нибудь строгое рассмотрение методами теории твердого тела. Более сложные механизмы не удается пока анализировать методами квантовой механики, и это не позволяет сравнить теоретически эффективности различных путей каталитической реакции. [c.134]