Hệ thống, sưu tầm bài tập cho học phần vật lý chất rắn.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 1 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------

NGUYỄN THỊ CẨM NHUNG

Hệ thống, sưu tầm bài tập cho học phần Vật lý chất rắn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SƯ PHẠM VẬT LÝ

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 2 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

MỞ ĐẦU

“Vật lý chất rắn” là một ngành khoa học hết sức rộng lớn và có những ứng

dụng quan trọng và phong phú. Đây cũng là một bộ môn hết sức quan trọng trong

chương trình đào tạo đại học, cao đẳng của các ngành học có liên quan đến khoa

học Vật lý và công nghệ vật liệu.

Hiện nay, các sách giáo khoa bằng tiếng Việt cho môn học này đã được xuất

bản khá nhiều, tuy nhiên chủ yếu vẫn là lý thuyết và rất ít tài liệu về bài tập.

Việc xây dựng hệ thống bài tập cho môn học là một vấn đề quan trọng vì kĩ

năng vận dụng lý thuyết vào bài tập là một trong những thước đo mức độ hiểu biết

kiến thức của sinh viên. Thông qua việc giải bài tập, sinh viên sẽ hiểu sâu sắc và

hoàn thiện hơn kiến thức đã được giảng viên trình bày trên lớp hay trong giáo trình.

Nhằm bổ sung những thiếu sót về mặt giáo trình và để hoàn thiện kiến thức bản

thân đối với học phần Vật lí chất rắn, em chọn đề tài “Hệ thống, sưu tầm bài tập

cho học phần Vật lý chất rắn”.

Ngoài mục đích thực hiện đề tài là điều kiện để tốt nghiệp ra trường, đề tài còn

giúp có cái nhìn tổng quát cơ bản về khoa học Vật lý chất rắn, trang bị thêm một

lượng kiến thức phong phú, kĩ năng tìm và đọc tài liệu tiếng nước ngoài…

Do điều kiện thoài gian có hạn, trong khóa luận này, em tập trung nghiên cứu

kiến thức các chương

- Cấu trúc tinh thể và mạng đảo.

- Bán dẫn.

Em đã sưu tầm, phân loại các dạng bài tập và đưa ra các phương pháp giải các dạng

bài tập đó.

Để thực hiện các công việc nói trên, em đã tiến hành tham khảo giáo trình, bài

giảng của các tác giả trong và ngoài nước, tham khảo ý kiến của giáo viên hướng

dẫn và của các giáo viên khác.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 3 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

Khóa luận của em gồm các phần sau:

- Chương 1: Cấu trúc tinh thể. Mạng đảo.

- Chương 2: Các chất bán dẫn.

- Kết luận.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 4 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

MỤC LỤC

Chương I: CẤU TRÚC TINH THỂ. MẠNG ĐẢO ........................................................6

§1.1. CÁC BÀI TOÁN VỚI Ô CƠ SỞ.............................................................................6

1.1.1. Cách tính số nguyên tử hay phân tử trong ô cơ sở ...............................................6

1.1.2. Cách tính kích thước nguyên tử ..............................................................................6

§1.2. CHỈ SỐ MILLER.......................................................................................................8

1.2.1. Xác định chỉ số Miller..............................................................................................8

1.2.2 Xác định khoảng cách dhkl giữa hai mặt (hkl) song song kế tiếp .........................8

§1.3. MẠNG ĐẢO ..............................................................................................................9

§1.4. NHIỄU XẠ TRÊN TINH THỂ............................................................................. 10

1.4.1. Định luật Bragg...................................................................................................... 10

1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nhiễu xạ ................................................... 11

§1.5. BÀI TẬP .................................................................................................................. 13

1.5.1. Các bài tập áp dụng công thức ............................................................................. 13

1.5.2. Các bài tập vận dụng suy luận.............................................................................. 14

§1.6. BÀI GIẢI................................................................................................................. 15

Chương II: CÁC CHẤT BÁN DẪN.............................................................................. 24

§2.1. BÁN DẪN TINH KHIẾT...................................................................................... 24

2.1.1. Mật độ hạt tải điện ................................................................................................. 24

2.1.2. Mức Fermi .............................................................................................................. 29

§2.2. BÁN DẪN PHA TẠP ............................................................................................ 30

2.2.1. Năng lượng ion hóa ............................................................................................... 30

2.2.2. Mức Fermi và mật độ hạt tải điện........................................................................ 31

2.2.3. Bán dẫn bù .............................................................................................................. 33

§2.3. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA CÁC CHẤT BÁN DẪN................................................. 36

2.3.1 Mật độ dòng cuốn ................................................................................................... 36

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 5 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

2.3.2. Độ dẫn điện............................................................................................................. 37

§2.4. BÀI TẬP .................................................................................................................. 37

2.4.1. Các bài tập áp dụng công thức ............................................................................. 37

2.4.2. Các bài tập vận dụng suy luận.............................................................................. 39

§2.3. BÀI GIẢI................................................................................................................. 42

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 56

PHỤ LỤC A: MỘT SỐ BÀI TẬP KHÁC .................................................................... 57

PHỤ LỤC B: GIÁ TRỊ CÁC HẰNG SỐ THƯỜNG DÙNG..................................... 62

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

GVHD: TS. Lê Hồng Sơn 6 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung

Chương I: CẤU TRÚC TINH THỂ. MẠNG ĐẢO

§1.1. CÁC BÀI TOÁN VỚI Ô CƠ SỞ

1.1.1. Cách tính số nguyên tử hay phân tử trong ô cơ sở

Đối với hệ lập phương, nếu hạt nằm ở đỉnh của ô cơ sở thì nó chung cho 8 ô

lân cận, vì vậy, trong 1 ô, nó chỉ được tính bằng 1/8. Nếu hạt nằm trên cạnh của ô

cơ sở thì nó chung cho 4 ô lân cận nên được tính bằng 1/4. Nếu hạt nằm trên mặt

của ô cơ sở như trường hợp ô cơ sở tâm đáy hoặc tâm mặt thì nó chung cho 2 ô, nên

được tính bằng 1/2. Nếu hạt hoàn toàn nằm bên trong ô như trường hợp ô cơ sở tâm

khối thì nó được tính bằng 1.

Thí dụ 1.1 Nếu mỗi nút mạng có gắn một nguyên tử thì số ô cơ sở của mạng lập

phương tâm khối là 8.(1/8) + 1 =2, của lập phương tâm mặt là 8.(1/8)+6.(1/2) = 4.

Biết số nguyên tử hay phân tử trong 1 ô cơ sở của mạng tinh thể, ta có thể xác định

được khối lượng riêng của tinh thể đó.

Xét một chất có cấu trúc tinh thể lập phương với hằng số mạng a. Vậy, V = a3

là thể tích ô cơ sở, n là sô nguyên tử trong ô cơ sở, ρ là khối lượng riêng, M là khối

lượng nguyên tử chất đó, NA = 6,022.1026 là số Avogadro. Khối lượng một nguyên

tử chất đó là M/NA, khối lượng riêng tinh thể là:

3 N a

Mn

N V

Mn

A A

  

(1.1)

1.1.2. Cách tính kích thước nguyên tử

Bán kính nguyên tử được đo bằng 1/2 lần khoảng cách hai nguyên tử gần nhau

nhất trong mạng tinh thể (H. 1.1)