164480_半导体与超导体.ppt

导体的电阻和哪些因素相关呢？导体的电阻和哪些因素相关呢？金属的电阻率一般随温度如何变化金属的电阻率一般随温度如何变化? ?金属的电阻率一般随温度金属的电阻率一般随温度升高而升高。升高而升高。slR一、半导体一、半导体 半导体的物理特征：半导体的物理特征：值随温度的变化呈现值随温度的变化呈现“反常反常”规律规律导电性界与导体和绝缘体之间导电性界与导体和绝缘体之间 锗、硅、砷化镓、锑化铟等材料锗、硅、砷化镓、锑化铟等材料二、半导体的微观结构特征二、半导体的微观结构特征 半导体的物理特性是有它们的微观特性半导体的物理特性是有它们的微观特性造成的。原来，组成这些物质的化学键一般造成的。原来，组成这些物质的化学键一般都是共价键，由于共价键的稳固程度界于离都是共价键，由于共价键的稳固程度界于离子键和金属键之间，这样，价电子从外界获子键和金属键之间，这样，价电子从外界获得能量后，比较容易克服共价键的束缚而成得能量后，比较容易克服共价键的束缚而成为自由电子。当有外电场存在时，价电子移为自由电子。当有外电场存在时，价电子移动，同时造成动，同时造成“空穴空穴”（正电）的反向移动，（正电）的反向移动，我们通常说，半导体导电时，存在两种载流我们通常说，半导体导电时，存在两种载流子。子。常态下，半导体中的载流子浓度是非常低的。常态下，半导体中的载流子浓度是非常低的。最典型的半导体是硅。最典型的半导体是硅。二、半导体的微观结构特征二、半导体的微观结构特征 半导体一般是四价的，如果在半导体掺半导体一般是四价的，如果在半导体掺入三价元素，共价键中将形成电子缺乏的局入三价元素，共价键中将形成电子缺乏的局面，使面，使“空穴空穴”载流子显著增多，形成载流子显著增多，形成P P型型半导体。典型的半导体。典型的P P型半导体是硅中掺入微量型半导体是硅中掺入微量的硼。如果掺入五价元素，共价键中将形成的硼。如果掺入五价元素，共价键中将形成电子多余的局面，使电子载流子显著增多，电子多余的局面，使电子载流子显著增多，形成形成N N型半导体。典型的型半导体。典型的N N型半导体是硅中掺型半导体是硅中掺入微量的磷。入微量的磷。如果将如果将P P型半导体和型半导体和N N型半导体烧结，由于它型半导体烧结，由于它们导电的载流子类型不同，将会随着组合形们导电的载流子类型不同，将会随着组合形式的不同而出现一些非常独特的物理性质。式的不同而出现一些非常独特的物理性质。 二、半导体的特性和应用二、半导体的特性和应用1 1、热敏性、热敏性 2 2、光敏性、光敏性应用应用 照相机自动测光、光电控制、室内光线照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、光控开头光控灯、电子玩具。控制、光控开头光控灯、电子玩具。应用应用 测温控温电路、过热保护电路、孵育箱、测温控温电路、过热保护电路、孵育箱、电风扇、电热水器、电热毯、节能灯、取暖电风扇、电热水器、电热毯、节能灯、取暖器、延迟器、压缩机、彩电、彩显、过流保器、延迟器、压缩机、彩电、彩显、过流保安、液位控制安、液位控制超导体超导体1 1、超导现象、超导现象 在在2020世纪初，金属导电理论认为：金属世纪初，金属导电理论认为：金属电阻随温度降低而减小，同电子运动随温度电阻随温度降低而减小，同电子运动随温度的变化规律一致。按这种理论，温度降到绝的变化规律一致。按这种理论，温度降到绝对零度时电子将对零度时电子将“凝聚凝聚”在原子上，电阻为在原子上，电阻为极大，金属会成为绝缘体。极大，金属会成为绝缘体。 1908 1908年，荷兰莱顿大学的卡茂林年，荷兰莱顿大学的卡茂林- -昂尼斯昂尼斯首次实现氮的液化，获得了首次实现氮的液化，获得了4.2K(-268.8)4.2K(-268.8)的低温，为研究低温条件下物质导电创造了的低温，为研究低温条件下物质导电创造了条件。条件。19111911年，卡茂林年，卡茂林- -昂尼斯发现，将汞冷昂尼斯发现，将汞冷却到却到-268.98-268.98时，汞的电阻突然消失；后来时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性。类似的低温下失去电阻的特性。19131913年，卡年，卡茂林茂林- -昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属电阻的消失下金属电阻的消失“不是逐渐的，而是突然不是逐渐的，而是突然的的”，“水银在水银在4.2K4.2K进入了一种新状态，由进入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为超导态。于它的特殊导电性能，可以称为超导态。”2 2、超导技术的应用、超导技术的应用 超导技术的应用十分广泛，涉及输电、超导技术的应用十分广泛，涉及输电、电机、交通运输、微电子和电子计算机、生电机、交通运输、微电子和电子计算机、生物工程、医疗、军事等领域，这种新技术军物工程、医疗、军事等领域，这种新技术军民兼用，可研制出民兼用，可研制出“双重双重”产品，将获得极产品，将获得极大的社会效益和军事效益大的社会效益和军事效益 。在电力工程方面的应用在电力工程方面的应用超导发电机，拥有两万超导发电机，拥有两万千瓦的功率千瓦的功率 超导输电在原则上超导输电在原则上可以做到没有焦耳热的可以做到没有焦耳热的损耗，因而可节省大量损耗，因而可节省大量能源；用超导线圈储存能源；用超导线圈储存能量在军事上有重大应能量在军事上有重大应用，超导线圈用于发电用，超导线圈用于发电机和电动机可以大大提机和电动机可以大大提高工作效率、降低损耗，高工作效率、降低损耗，从而导致电工领域的重从而导致电工领域的重大变革大变革. . 超导技术在交通运输方面的应用超导技术在交通运输方面的应用 动用超导体产生的强动用超导体产生的强磁场可以研制成磁悬浮列磁场可以研制成磁悬浮列车，车辆不受地面阻力的车，车辆不受地面阻力的影响，可高速运行，车速影响，可高速运行，车速达达500 km/h500 km/h以上，若让超以上，若让超导磁悬浮列车在真空中运导磁悬浮列车在真空中运行，车速达行，车速达1600 km/h1600 km/h，利用超导体制成无摩擦轴利用超导体制成无摩擦轴承，用于发射火箭，可将承，用于发射火箭，可将发射速度提高发射速度提高3 3倍以上倍以上. .超导电磁动力船超导电磁动力船 超导技术在电子工程方面的应用超导技术在电子工程方面的应用 用超导技术制成各种仪器，具有灵敏度用超导技术制成各种仪器，具有灵敏度高、噪声低、反应快、损耗小等特点，如用高、噪声低、反应快、损耗小等特点，如用超导量子干涉仪可确定地热、石油、各种矿超导量子干涉仪可确定地热、石油、各种矿藏的位置和储量，并可用于地震预报藏的位置和储量，并可用于地震预报. .超导超导量子量子干涉干涉仪仪超导技术在生物医疗方面的应用超导技术在生物医疗方面的应用 超导磁体在医学上的重要应用是核磁共超导磁体在医学上的重要应用是核磁共振成像技术，可分辨早期肿瘤癌细胞等，还振成像技术，可分辨早期肿瘤癌细胞等，还可做心电图，脑磁图、肺磁图，研究气功原可做心电图，脑磁图、肺磁图，研究气功原理等理等. .核磁共核磁共振断层振断层扫描仪扫描仪与人体与人体断层扫断层扫描图描图