微电子学发展简介

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1、微电子学发展简介绍兴文理学院——王春早——微电子专业本讲：近代量子物理发展史一.近代量子物理发展史1.阴极射线管(克鲁克斯管或希托夫管)时间：19世纪70年代人物：克鲁克斯(W.Crookes)--------英国发现:当水银管内处于低压（接近真空）状态时,管内的气态物质发出的光消失,并出现奇怪的现象:阴极附近出现了一段不发光的黑暗区域，原来连续的光柱断开了，仍旧发光的一段光柱也像鱼鳞一样闪烁不定。再抽下去，黑暗的区域越来越长，好像由阴极伸出来一股暗流，把发光区域越压越短，最后，暗区压到阳极上，整个光柱就全部消失了。但在阴极对面的玻璃管壁上出现了绿

2、色荧光并非常清楚。这种阴极发射出来的射线，肉眼看不见，但能在玻璃管壁上产生辉光或荧光，科学家把这个神秘的绿色荧光称为阴极射线。请问这种绿色荧光到底是什么？有人认为它像普通的光线一样是以太中的波动，也有人认为它是有阴极发射的带负电的粒子所组成。布鲁克斯阴极射线管问题：这个阴极射线到底是什么？现象一：克鲁克斯拿起一块马蹄形磁铁跨置在管子的中部，奇迹出现了，十字形的阴影发生了偏移！所得的结论：阴极射线根本不是光线，而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响呢?现象二：汤姆逊在管子的中间添了一对金属电极D和E，并在电极D和E上加上一定的电压后，发现

3、阴极射线就偏离中点到达一边，当电压反向时，偏到另外一边，从偏转的方向清楚地表明：阴极射线是带负电的。和克鲁克斯的结论一样。现象三：无论采用何种种类的阴极物质，何种种类的管内气体，测量后发现带电粒子的荷质比都不变，并且它比带电氢原子的荷质比值大1700倍，1897年汤姆逊又采用英国物理学家威尔逊发明的云室，即带电粒子可以作为一个核心使它周围的水蒸汽凝成小水滴的方法测量了阴极射线粒子所带的电荷值；并发现它与稀溶液电解中一个氢原子所携带的电荷是相等的。这样，最后确定了阴极射线粒子——人们给它起了一个名字叫“电子”。电子的质量比氢原子小1700倍。最终结论

4、：从阴极出来的射线实际上是带负电的电子，并且进一步表明：原子并不是物质可分性的最后极限，从原子中还可以进一步分出电子。从此，人们打开了神秘的原子世界的大门，物理学进入了微观世界的新纪元。在许多科学家的实验成果的基础上，汤姆逊最终发现了电子的存在。使得汤姆逊成为最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人。汤姆逊它当时使用的实验装置2伦琴射线1895年11月8日傍晚，伦琴研究阴极射线，为了防止外界光线对放电管的影响，也为了不使管内的可见光漏出管外，他把房间全部弄黑，还用黑色硬纸板给放电管做了个封套，为了检查封套是否漏光，他给放电管接上电源，他看到封套没有漏光

5、而非常满意．可是当他切断电源后，却意外地发现：一米以外的镀了氰亚铂酸钡的纸作成的荧光屏上出现了一种暗淡的绿光，他非常惊奇，因为阴极射线只能在空气中进行几个厘米，这是别人和他自己的实验早已证实的结论．他继续实验，又发现这种X射线还能使许多化学制品发光，能穿透许多物质，特别是能直接穿过肌肉但不能透过骨骼，能直线运行，并不会因磁场的作用而发生偏移伦琴射线管内抽成真空，K是阴极，由钨制的灯丝组成，A是阳极，是由钨或铂做成的倾斜靶面，通过变压器供给钨丝电压，使阴极发热，射出热电子，把管的阴阳两极接到几万伏的高压电源上，使钨丝射出的热电子在电场力作用下加速，以

6、很大的速度射到阳极的靶面上骤然停止，这时金属表面就会射出伦琴射线来伦琴a.伦琴射线到底是什么？它是波还是粒子？b.若是波，就能产生干涉条纹，为什么始终没有找到，若假设X射线的波长过短，仅为可见光的千分之一或更小，那又要如何才能找到这种干涉条纹？C.要制作间隔缩小1000倍的光栅，当时的工艺明显无法实现，怎么办？问题：1910年，劳厄与埃瓦尔德在公园散步，根据埃瓦尔德博士论文中提出的想法，在晶体内部会存在着某些振动的振子，这些振子也许是按特定的规则排列的，它们吸收并重新发射光。劳厄突然想到，这些振子的空间距离会有多近呢？并立即产生了一种新奇的思想，即

7、晶体可能为他提供用伦琴射线获得干涉条纹所需要的超精细衍射光栅。他立即设计了一种简单的实验装置：用X射线束通过小孔射向蓝色硫酸铜晶体，并在晶体后面放上了一张敏感的照相底片。即X射线的波长和晶体中原子的距离相当时可发生干涉。劳厄实验装置发生了衍射现象的劳厄图实验结果：在灰暗的背景上出现了亮点组成的有规则的环状图案。实验分析：这些由X射线所引起的衍射图案是由晶体内部有规则分布的三维点振体所产生的。从而证明X射线是一种电磁波，它是由原子的内层电子受到激发后产生的。2dsinx=n/f(d为平行原子平面的间距,f为入射波频率,x为入射光与晶面之夹角)布拉格定

8、律的成立条件是波长小于2d1913年，布拉格父子开始了一系列的实验，确认并拓展了劳厄的工作，并提出了布拉格定律——X射线波