《固体物理》教学大纲

第页《固体物理》教学大纲课程编号：10200024英文名称：SolidS学分：3学时：总学时48学时，其中理论48学时，实践0学时先修课程：大学物理课程类别：专业基础课程授课对象：微电子科学与工程专业学生教学单位：数理信息学院修读学期：第3学期课程描述和目标本课程是微电子科学与工程专业一门重要的专业平台课程。主要研究固体的结构及组成粒子之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能和用途。通过整个教学过程，使学生理解晶体结构的基本描述，晶格声子及固体电子理论，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展。能够熟练掌握基本的物理方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：培养学生运用辩证唯物主义和历史唯物主义的立场、观点和方法分析问题、解决问题的能力，培养爱国情怀及科学创新精神。课程目标2：使学生理解晶体结构的基本描述、晶体结合的基本类型、晶格振动理论以及固体电子理论，掌握周期性结构的固体材料的常规性质和研究方法，了解固体物理领域的一些新进展。课程目标3：培养物理学的科学思维与研究方法，是学生实事求是，具备进行观察、实验、探索、猜想等合情推理及科学发现的能力。课程目标4：培养学生自觉学习、自主创新的能力，具备综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点1-1.掌握数学、自然科学知识，能够将其用于微电子领域问题的建模课程目标10.3课程目标20.3课程目标30.4指标点2-1.能够根据所学科学知识的基本原理识别和判断微电子工程问题的关键环节和参数课程目标20.5课程目标30.5指标点12-1.能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识。课程目标41三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1晶体结构教学内容：原子的周期性排列；晶向和晶面；晶格的基本类型。自主学习：几种简单晶体结构类型了解非晶态、准晶态，晶体结构测定，掌握晶体的构成要素、原胞的基本概念及其选取方法；理解晶格的对称性及布拉伐格子，掌握晶格的基本类型；掌握晶向、晶面指数系统。6集中授课、小组讨论课程目标1、2、42晶体衍射和倒易点阵教学内容：倒格子空间的引入；倒易点阵；布里渊区。自主学习：原子散射因子和几何结构因子理解倒格子空间；掌握布里渊区的定义及其选取方法；理解晶体衍射原理；理解原子散射因子和几何结构因子对衍射强度的影响规律。4集中授课、小组讨论课程目标2、3、43晶体结合教学内容：晶体结合的基本类型，结合力的一般性质，范德瓦尔斯结合，离子晶体的结合能。自主学习：共价结合；金属性结合；氢键结合。掌握范德瓦尔斯结合的本质，会推导伦纳德-琼斯势；掌握马德隆能，能计算一维单离子链的马德隆常数，会推导离子晶体的结合能；了解共价结合的相关特性；了解金属性结合的相关特性；了解氢键结合的相关特性。6集中授课、小组讨论课程目标1、3、44声子I教学内容：简谐近似；一维原子链的振动；声学波和光学波；晶格振动的量子化。自主学习：声子引起的非弹性散射理解简谐近似的合理性；掌握一维单原子链和一维双原子链的振动特性及色散关系；掌握声学波和光学波各自的物理特性；理解晶格振动的量子化，理解比较抽象的晶格振动的元激发“声子”的概念。7集中授课、小组讨论课程目标2、45声子II教学内容：比热的量子理论；晶格状态方程；晶格热传导；晶格热膨胀。自主学习：非理想晶格的情况了解比热的经典理论，掌握比热量子理论的爱因斯坦模型和德拜模型；掌握晶格状态方程；理解影响晶格热传导的各个因素，掌握声子碰撞的正则过程和倒逆过程；理解晶格热膨胀为非简谐效应导致的结果，能定性解释晶格热膨胀。7集中授课、小组讨论课程目标2、46自由电子费米气体教学内容：金属自由电子气模型；费米-狄拉克分布；费米能；电子比热；电导率和欧姆定律；金属的导热性；在磁场中的运动。自主学习：重费米子掌握一维情况下的能级和轨道密度；掌握费密能的概念；掌握电子比热的量子理论。通过本章的学习，使学生了解经典电子气理论；了解电子气的基态性质；理解电子气的费米能量和热容量的概念；了解在准经典近似下晶体中的电子在均匀外电场中的运动规律。6集中授课、小组讨论课程目标2、47能带理论教学内容：晶体的周期性等效势；布洛赫函数；能带和能隙；克勒尼希-彭尼模型；导体、半导体和绝缘体的能带论解释。自主学习：倒易空间的克勒尼希-彭尼模型；空格点近似。通过本章的教学，使学生能够了解晶体能带理论的基本假设和处理问题的基本思路；理解布洛赫定理及其推论的证明，掌握晶体能带的基本特征；掌握能态密度的计算方法；掌握能带理论的近自由电子近似方法及其结论，了解平面波方法；理解导体、半导体、绝缘体的能带论解释。12集中授课、小组讨论课程目标1、2、3、4合计48四、课程教学方法集中讲授、小组讨论。五、学业评价和课程考核考核方式：本课程采用过程性考核和结果性考核相结合的方式。成绩评定：平时考勤和作业占30%，期末闭卷考试成绩占70%。考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标平时成绩40%出勤10%每旷课一次扣1分课程目标1作业25%教师批阅给分。给分依据：完成质量、学习态度、按时完成等。课程目标4课堂表现15%教师批阅给分。给分依据：完成质量、创新程度、按时完成等。课程目标3期末考试60%按卷面批阅给分。课程目标2、3六、教材与参考书（一）推荐教材1．《固体物理学导论》，[美]基泰尔主编，北京：化学工业出版社，2005年9月版；（二）