GB 3102.13-1993 固體物理學的量和單位

中華人民共和國國家標準
固體物理學的量和單位
Quantities and units——Solid state physics
GB 3102.13-1993
1993年12月

本作品收錄於《GB 3102 量和單位》

替代 GB 3102.13-1986，1994年7月1日起實施

引言

本標準等效採用國際標準 ISO 31-13:1992《量和單位　第十三部分：固體物理學》。

本標準是目前已經制定的有關量和單位的一系列國家標準之一，這一系列國家標準是：

GB 3100　國際單位制及其應用；

GB 3101　有關量、單位和符號的一般原則；

GB 3102.1　空間和時間的量和單位；

GB 3102.2　周期及其有關現象的量和單位；

GB 3102.3　力學的量和單位；

GB 3102.4　熱學的量和單位；

GB 3102.5　電學和磁學的量和單位；

GB 3102.6　光及有關電磁輻射的量和單位；

GB 3102.7　聲學的量和單位；

GB 3102.8　物理化學和分子物理學的量和單位；

GB 3102.9　原子物理學和核物理學的量和單位；

GB 3102.10　核反應和電離輻射的量和單位；

GB 3102.11　物理科學和技術中使用的數學符號；

GB 3102.12　特徵數；

GB 3102.13　固體物理學的量和單位。

上述國家標準貫徹了《中華人民共和國計量法》、《中華人民共和國標準化法》、國務院於 1984 年 2 月 27 日公布的《關於在我國統一實行法定計量單位的命令》和《中華人民共和國法定計量單位》。

本標準的主要內容以表格的形式列出。表格中有關量的各欄列於左面各頁，而將其單位列於對應的右面各頁並對齊。兩條實線間的全部單位都是左面各頁相應實線間的量的單位。

量的表格列出了本標準領域中最重要的量及其符號，並在大多數情況下給出了量的定義，但這些定義只用於識別，並非都是完全的。

某些量的矢量特性，特別是當定義需要時，已予指明，但並不企圖使其完整或一致。

在大多數情況下，每個量只給出一個名稱和一個符號。當一個量給出兩個或兩個以上的名稱或符號，而未加以區別時，則它們處於同等的地位。當有兩種斜體字母（例如：𝜗、𝜃、𝜑、𝜙、𝑔、𝘨）存在時，只給出其中之一，但這並不意味另一個不同等適用。一般這種異體字不應給予不同的意義。在括號中的符號為「備用符號」，供在特定情況下主符號以不同意義使用時使用。

量的相應單位連同其國際符號和定義一起列出。

單位按下述方式編排：

一般只給出 SI 單位。應使用 SI 單位及其用 SI 詞頭構成的十進倍數和分數單位。十進倍數和分數單位未明確地給出。

可與 SI 的單位並用的和屬於國家法定計量單位的非 SI 的單位列於 SI 單位之下，並用虛線與相應的 SI 單位隔開。專門領域中使用的非國家法定計量單位列於「換算因數和備註」欄。一些非國家法定計量單位列於附錄（參考件）中，這些參考件不是標準的組成部分。

關於量綱一的量的單位說明：

任何量綱一的量的一貫單位都是數字一（1）。在表示這種量的值時，單位 1 一般並不明確寫出。詞頭不應加在數字 1 上構成此單位的十進倍數或分數單位。詞頭可用 10 的乘方代替。

例：

折射率　𝑛 = 1.53 × 1 = 1.53

雷諾數　𝑅𝑒 = 1.32 × 10³

考慮到一般是將平面角表示為兩長度之比，將立體角表示為面積與長度的平方之比，國際計量委員會（CIPM）在 1980 年規定，在國際單位制中弧度和球面度為無量綱的導出單位；這就意味着將平面角和立體角作為無量綱的導出量。為了便於識別量綱相同而性質不同的量，在導出單位的表示式中可以使用單位弧度和球面度。

數值表示：

「定義」欄中的所有數值都是準確的。

在「換算因數和備註」欄中的數值如果是準確的，則在數值後用括號加注「準確值」字樣。

本標準的特殊說明：

考慮到不同學科已有的傳統習慣，有些量並列選用兩個中文名稱，它們應是等價的。

正文

1　主題內容與適用範圍

本標準規定了周期及其有關現象的量和單位的名稱與符號；在適當時，給出了換算因數。

本標準適用於所有科學技術領域。

2　名稱和符號

量：13-1.1〜13-5

單位：13-1.3〜13-5.3

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-1.1	點陣基矢［量］，晶格基矢［量］ fundamental lattice vector	𝒂₁, 𝒂₂, 𝒂₃ 𝒂, 𝒃, 𝒄	晶體最小周期單元的邊矢量		13-1.a	米 metre	m		埃 (Å)， 1 Å = 10⁻¹⁰ m（準確值） 1 A = 0.1 nm 推薦採用納米 (nm)
13-1.2	點陣矢［量］，［晶］格矢［量］ lattice vector	𝑹, 𝑹₀, 𝑻		𝑹 = 𝑛₁𝒂₁ + 𝑛₂𝒂₂ + 𝑛₃𝒂₃ 式中 𝑛₁, 𝑛₂, 𝑛₃ 為整數
13-2.1	倒易點陣基矢［量］，倒格子基矢［量］ fundamental reciprocal lattice vectors	𝒃₁, 𝒃₂, 𝒃₃ 𝒂*, 𝒃*, 𝒄*	𝒂𝑖 ⋅ 𝒃𝑘 = 2π𝛿𝑖𝑘	在晶體學中通常採用 𝒂𝑖 ⋅ 𝒃𝑘 = 𝛿𝑖𝑘	13-2.a	每米 reciprocal metre, 負一次方米 metre to the power minus one	m⁻¹
13-2.2	倒易點陣矢［量］，倒格［子］矢［量］ angular reciprocal lattice vector	𝑮	𝑮 = 𝑙₁𝒃₁ + 𝑙₂𝒃₂ + 𝑙₃𝒃₃ 式中 𝑙₁, 𝑙₂, 𝑙₃ 為整數
13-3	點陣平面間距，晶面間距 lattice plane spacing	𝑑	相鄰點陣平面（晶面）間的距離		13-3.a	米 metre	m		埃 (Å)， 1 Å =10⁻¹⁰ m（準確值） 1 Å =0.1 nm 推薦採用納米 (nm)
13-4	布喇格角 Bragg angle	𝜃	2𝑑 sin 𝜃 = 𝑛𝜆 式中 𝜆 為問題中輻射的波長，𝑛 為整數		13-4.a	弧度 radian	rad
					13-4.b	度 degree	°		1°= 0.017 453 29 rad
13-5	反射級 order of reflexion	𝑛			13-5.a	一 one	1

量：13-6.1〜13-9

單位：13-6.3〜13-9.8

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-6.1	短程序參量 short-range order parameter	𝜎	以伊辛(Ising)鐵磁體為例，在最近鄰原子對中，具有平行磁矩與反平行磁矩的原子對數目之差除以最近鄰原子對總數	類似的定義也適用於其他有序—無序現象	13-6.a	一 one	1		參閱引言
13-6.2	長程序參量 long-range order parameter	𝑠	以伊辛鐵磁體為例，磁矩指向某一方向的原子數與磁矩指向相反方向的原子數之差除以總原子數
13-7	伯格斯矢量 Burgers vector	𝒃	標誌位錯的矢量，為環繞一條位錯線的伯格斯迴路的封閉矢量		13-7.a	米 metre	m		埃 (Å)， 1 Å =10⁻¹⁰ m（準確值） 1 Å =0.1 nm 推薦採用納米 (nm)
13-8.1	粒子位［置］矢［量］ particle position vector	𝒓, 𝑹		為了區別電子和離子的位置矢量，分別使用小寫和大寫字母	13-8.a	米 metre
13-8.2	離子平衡位［置］矢［量］ equilibrium position vector of ion or atom	𝑹₀
13-8.3	離子位移矢［量］ displacement vector of ion or atom	𝒖'	𝒖' = 𝑹 − 𝑹₀
13-9	德拜—瓦勒因數 Debye-Waller factor	𝐷	衍射線強度因點陣振動（晶格振動）而減弱的因數	有時表示為 exp(−2𝑊)，在穆斯堡爾譜學中又稱為 𝑓 因數，並用 𝑓 表示	13-9.a	一 one	1		參閱引言

量：13-10.1〜13-12

單位：13-10.3〜13-12.3

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-10.1	［角］波數 angular repetency, angular wavenumber	𝑘, 𝑞	𝑘 = 2π/𝜆	相應的矢量 𝒌 或 𝒒 稱為波數矢量。 當需要區別 𝑘 和玻耳茲曼常量時，後者可用 𝑘B 當需要區別 𝑘 和 𝑞 時，𝑞 應該用於聲子和磁振子，而 𝑘 應該用於電子、中子之類的粒子	13-10.a	弧度每米 radian per metre	rad/m		參閱引言
					13-10.b	每米 reciprocal metre, 負一次方米 metre to the power minus one	m⁻¹
13-10.2	費密［角］波數 Fermi angular repetency, Fermi angular wavenumber	𝑘F	處於費密面上態中的電子的［角］波數
13-10.3	德拜［角］波數 Debye angular repetency, Debye angular wavenumber	𝑞𝐷	在點陣振動（晶格振動）譜的德拜模型中引入的截止［角］波數	必須指明所用的截止方法
13-11	德拜［角］頻率 Debye angular frequency	𝜔𝐷	在點陣振動（晶格振動）譜的德拜模型中引入的截止角頻率	必須指明所用的截止方法	13-11.a	弧度每秒 radian per second	rad/s		參閱引言
					13-11.b	每秒 reciprocal second, 負一次方秒 second to the power minus one	s⁻¹
13-12	德拜溫度 Debye temperature	𝛩𝐷	𝑘𝛩𝐷 = ℏ𝜔𝛩𝐷 式中 𝑘 為玻耳茲曼常量, ℏ 為普朗克常量除以2π	𝑘 = (1.380 658 ± 0.000 012) × 10⁻²³ J/K ℏ = (1.054 572 66 ± 0.000 000 63) × 10⁻³⁴ J ⋅ s	13-12.a	開［爾文］ kelvin	K

量：13-13〜13-16.2

單位：13-13.3〜13-16.3

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-13	點陣振動模式密度，晶格振動模式密度 spectral concentration of vibration modes (in terms of angular frequency)	𝑔, 𝑁𝜔	在角頻率出附近無窮小角頻率間隔內的振動模式數除以該頻率間隔範圍和晶體體積	𝑔(𝜔) = 𝑁𝜔(𝜔) = d𝑁(𝜔)/d𝜔 式中 𝑁(𝜔) 是圓頻率小於 𝜔 的振動模式總數除以晶體體積	13-13.a	秒每弧度立方米 second per radian cubic metre	s/(rad ⋅ m³）
					13-13.b	秒每立方米. second per cubic metre	s/m³
13-14	格林愛森參量 Griineisen - parameter	𝛾, 𝛤	𝛾 = 𝛼𝑉/(𝜅𝑇𝑐𝑉𝜌) 式中為 𝛼𝑉 體膨脹係數，𝜅𝑇 為等溫壓縮率，𝑐𝑉 為定容比熱，𝜌 為質量密度		13-14.a	一 one	1		參閱引言
13-15	馬德隆常量 Madelung constant	𝛼	單價—單價離子性晶體每對離子的靜電能量為 𝐸 = 𝛼 ⋅ 𝑒²/4π𝜀₀𝑎 式中 𝑒 為元電荷, 𝑒₀ 為真空介電常量，𝑎 為應予指出的電陣常量（晶格常量）。𝑎 的數值決定於晶體結構類型		13-15.a	一 one	1		參閱引言
13-16.1	聲子平均自由程 mean free path of phonons	𝑙ph, 𝛬			13-16.a	米 metre	m
13-16.2	電子平均自由程 mean free path of electrons	𝑙, 𝑙e

量：13-17〜13-21

單位：13-17.a〜13-21.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-17	態密度 density of states	𝑁𝐸, 𝜌	𝜌(𝐸) = 𝑁𝐸(𝐸) = d𝑁(𝐸)/d𝐸 式中 𝑁(𝐸) 是能量小於 𝐸 的電子態總數除以體積		13-17.a	每焦［耳］立方米 reciprocal joule per cubic metre， joule to the power minus one per cubic metre	J⁻¹/m³
					13-17.b	每電子伏立方米 reciprocal elcctronvolt pr cubic metre, 負一次方電子伏每立方米 electronvolt to the power minus one per cubic metre	eV⁻¹/m³		1 eV⁻¹/m³= (6.241 506 4 ± 0.000 001 9) × 10¹⁸ J⁻¹/m³
13-18	剩餘電阻率 residual resistivity	𝜌R	金屬電阻率外推到熱力學溫度零開爾文時的數值		13-18.a	歐［姆］米 ohm metre	Ω ⋅ m
13-19	洛倫茲係數 Lorenz coefficient	𝐿	𝐿 = 𝜆/𝜎𝑇 式中 𝜆 為熱導率，𝜎 為電導率，𝑇 為熱力學溫度		13-19.a	二次方伏［特］每二次方開［爾文］ volt squared per kelvin squared	V²/K²
13-20	霍耳係數 Hall coefficient	𝐴H, 𝑅H	在各向同性導體中，電場強度 𝑬 和電流密度 𝑱 之間的關係為 𝑬 = 𝜌𝑱 + 𝑅H(𝑩 × 𝑱) 式中 𝜌 為電阻率，𝑩 為磁通密度		13-20.a	立方米每庫［侖］ cubic metre per coulomb	m³/C
13-21	物質 a 與 b 之間的溫差電動勢 thermoelectro­motive force between substances a and b	𝐸ab		在冷接頭，從物質 a 到物質 b 的方向為 𝐸ab 的正方向	13-21.a	伏［特］ volt	V

量：13-22〜13-27

單位：13-22.a〜13-27.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-22	物質 a 和 b 的塞貝克係數 Seebeck coefficient for substances a and b	𝑆ab, 𝜀ab	𝑆ab = d𝐸ab/d𝑇 式中 𝑇 為熱接頭的溫度，𝑆ab 為物質 a 與 b 之間的溫差電動勢	𝑆ab ＝𝑆a − 𝑆b 式中 𝑆a 和 𝑆b 分別為物質 a 和物質 b 的塞貝克係數	13-22.a	伏［特］每開［爾文］ volt per kelvin	V/K
13-23	物質 a 和 b 的珀耳帖係數 Peltier coefficient for substances a and b	𝛱ab	在接頭處產生的珀耳帖熱功率除以物質 a 到 b 的電流	𝛱ab = 𝛱a − 𝛱b 式中 𝛱a 和 𝛱b分別為物質 a 和物質 b 的珀耳帖係數	13-23.a	伏［特］ volt	V
13-24	湯姆遜係數 Thomson coefficient	𝜇, 𝜏	所產生的湯姆遜熱功率除以電和溫度差	沿電流方向，如果溫度降低而產生熱量時，則 𝜇 為正值	13-24.a	伏［特］每開［爾文］ volt per kelvin	V/K
13-25	功函數 work function	𝛷, 𝑊	無窮遠處真空中一靜止電子與物質內部費密能級上一電子之間的能量差	物質 a 和物質 b 的接觸電位差為 𝑉a − 𝑉b = (𝛷b − 𝛷a)/𝑒 式中 𝑒 為元電荷	13-25.a	焦［耳］ joule	J
					13-25.b	電子伏 electronvolt	eV		1 eV= (1.602 177 33 ± 0.000 000 49) × 10⁻¹⁹ J
13-26	電子親和能 electron affinity	𝜒	無窮遠處一靜止電子與絕緣體或半導體內導帶最低能級上一電子之間的能量差		13-26.a	焦［耳］ joule	J
					13-26.b	電子伏 electronvolt	eV		1 eV= (1.602 177 33 ± 0.000 000 49) × 10⁻¹⁹ J
13-27	里査遜常量 Richardson constant	𝐴	金屬熱離子發射電流密度 𝐽 為 𝐽 = 𝐴𝑇² exp(−𝛷/𝑘𝑇) 式中 𝑇 為熱力學溫度，𝑘 為玻耳茲曼常量，𝛷 為功函數		13-27.a	安［培］每平方米二次方開［爾文］ ampere per square metre kelvin squared	A/(m² ⋅ K²)

量：13-28.1〜13-30.5

單位：13-28.a〜13-30.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-28.1	費密能［量］ Fermi energy	𝐸F, 𝜀F	每個電子的化學勢	𝑇 = 0 時，金屬的 𝐸F 等於有電子占據的態的最高能量	13-28.a	焦［耳］ joule	J
13-28.2	禁帶寬度 gap energy	𝐸g	導帶的最低能級和價帶的最高 能級之間的能
13-28.3	施主電離能 donor ionization energy	𝐸d			13-28.b	電子伏 electronvolt	eV		1 eV= (1.602 177 33 ± 0.000 000 49) × 10⁻¹⁹ J
13-28.4	受主電離能 acceptor ionization energy	𝐸a
13-29	費密溫度 Fermi temperature	𝑇F	費密能量相應的溫度，按 𝑇F = 𝐸F/𝑘 確定，式中 𝑘 為玻耳茲曼常量		13-29.a	開［爾文］ kelvin	K
13-30.1	電子濃度，電子數密度 electron number density, volumic electron number	𝑛, 𝑛ₙ, 𝑛ₚ	單位體積中的導帶電子數	下標 n 和 p 分別表示 n 型和 p 型半導體	13-30.a	每立方米 reciprocal cubic metre, 負三次方米 metre to the power minus three	m⁻³
13-30.2	空穴濃度，空穴數密度 hole number density， volumic hole number	𝑝, 𝑝ₙ, 𝑝ₚ	單位體積中的價帶空穴數
13-30.3	本徵載流子濃度，本徵載流子數密度 intrinsic number density, volumic intrinsic number	𝑛𝑖	本徵半導體單位體積中的導帶電子數或價帶空穴數	𝑛𝑝 = 𝑛2 i  式中分別為電子濃度和空穴濃度
13-30.4	施主濃度，施主數密度 donor number density, volumic donor number	𝑁d, 𝑛d	單位體積中的施主雜質數
13-30.5	受主濃度，受主數密度 acceptor number density， volumic acceptor number	𝑁a, 𝑛a	單位體積中的受主雜質數

量：13-31〜13-36.3

單位：13-31.a〜13-36.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-31	有效質量 effective mass	𝑚*		𝑚* n , 𝑚* p  分別用於半導體中的電子和空穴	13-31.a	千克 kilogram	kg
13-32	遷移率比 mobility ratio	𝑏	𝑏 = 𝜇ₙ/𝜇ₚ 式中 𝜇ₙ, 𝜇ₚ 分別為電子和空穴的遷移率	關於遷移率，參閱 GB 3102.10的 10-27	13-32.a	一 one	1		參閱引言
13-33.1	弛豫時間 relaxation time	𝜏	趨於平衡的指數式衰減過程的時間常數	對於金屬中的電子， 𝜏 = 𝑙/𝑣F 式中 𝑙 為平均自由程，𝑣F 為費密球面上的電子速度	13-33.a	秒 second	s
13-33.2	載流子壽命 carrier life time	𝜏, 𝜏ₙ, 𝜏ₚ	半導體中少數載流子複合過程的時間常數	參閱 13-30 的備註
13-34	擴散長度 diffusion length	𝐿, 𝐿ₙ, 𝐿ₚ	𝐿 = √𝐷𝜏 式中 𝐷 為擴散係數，𝜏 為壽命	參閱 13-30 的備註。 關於 𝐷，參閱 GB 3102.8中的8-39	13-34.a	米 metre	m
13-35	交換積分 exchange integral	𝐽	由於電子交換而引起的交換能		13-35.a	焦［耳］ joule	J
					13-35.b	電子伏 electronvolt	eV		1 eV= (1.602 177 33 ± 0.000 000 49) × 10⁻¹⁹ J
13-36.1	居里溫度 Curie temperature	𝑇C	鐵磁體的臨界溫度	𝑇cr 一般地用於臨界溫度	13-36.a	開［爾文］ kelvin	K
13-36.2	奈耳溫度 Neel temperature	𝑇N	反鐵磁體的臨界溫度
13-36.3	超導體轉變溫度 superconductor transition temperature	𝑇c	超導體的臨界溫度

量：13-37.1〜13-41

單位：13-37.a〜13-41.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
13-37.1	熱力學超導臨界磁通［量］密度 thermodynamic critical magnetic flux density	𝐵c	𝐺ₙ − 𝐺ₛ =  1 /2𝐵2 c  ⋅ 𝑉/𝜇₀ 式中 𝐺ₙ 和 𝐺ₛ 分別為正常導體和超導體在零磁通［量］密度時的吉布斯 (Gibbs) 自由能，𝜇₀ 為真空磁導率，𝑉 為體積	對於第Ⅰ類超導體，𝐵c 是失去超導電性的臨界磁通［量］密度。 符號 𝐵c₃ 表示失去表面超導電性的臨界磁通［量］密度	13-37.a	特［斯拉］ tesla	T	1 T = 1 Wb/m²
13-37.2	下臨界磁通［量］ 密度 lower critical magnetic flux density	𝐵c1	對於第Ⅱ類超導體，使磁通進入超導體磁通［量］密度的閾值
13-37.3	上臨界磁通［量］ 密度 upper critical magnetic flux density	𝐵c2	對於第 I 類超導體，使體超導電性消失的臨界磁通［量］密度
13-38	超導體能隙參數 superconductorenergy gap	𝛥			13-38.a	焦［耳］joule	J
					13-38.b	電子伏 electronvolt	eV		1 eV= (1.602 177 33 ± 0.000 000 49) × 10⁻¹⁹ J
13-39.1	倫敦穿透深度 London penetration depth	𝜆L	當所加磁場與半無限超導體表面平面相平行時，貫穿超導體的磁場服從 𝐵(𝑥) = 𝐵(0) exp(−𝑥/𝜆L) 的規律		13-39.a
13-39.2	相干長度 coherence length	𝜉	超導體內擾動具有相當影響的 距離
13-40	朗道—京茨堡參量 Landau-Ginzburg number	𝜅	在 𝑇 = 0 時，𝜅 = 𝜆L/(𝜉√2)		10-40.a	一 one	1		參閱引言
13-41	磁通量子 fluxoid quantum	𝛷₀	𝛷₀ = ℎ/2𝑒	𝛷₀ =(2.067 834 61 ± 0.000 000 61) × 10⁻⁵ Wb	13-41.a	韋［伯］ weber	Wb	1 Wb = 1 V ⋅ s

附錄A：晶體中平面和方向的符號

晶體中平面和方向的符號

（補充件）

密勒指數	ℎ₁, ℎ₂, ℎ₃ 或 ℎ, 𝑘, 𝑙
點陣（晶格）中單一平面或平行平面集	(ℎ₁, ℎ₂, ℎ₃) 或 (ℎ, 𝑘, 𝑙)
點陣（晶格）中因對稱性而等價的諸平面的全集	{ℎ₁, ℎ₂, ℎ₃} 或 {ℎ, 𝑘, 𝑙}
點陣（晶格）中的方向	[𝑢, 𝑣, 𝑤]
點陣［晶格］中因對稱性而等價的諸方向的全集	⟨𝑢, 𝑣, 𝑤⟩

註：
1　若括號中字母用數字代替，習慣上略去數字間的逗號。
2　ℎ, 𝑘 或 𝑙 的負數值通常以該數字上面一短劃表示，例如（ 1̅10）。

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附加說明：

本標準由全國量和單位標準化技術委員會提出並歸口。

本標準由全國量和單位標準化技術委員會第八分委員會負責起草。

本標準主要起草人王以銘。