半导体、超导及其应用

福 安 二 中 陈 玉 生 1 导 体 、 绝 缘 体 、 半 导 体 的 区 分 的 依 据 ， 通 常 是 根 据 材 料 的 电 阻率 的 大 小 来 区 分材 料 电 阻 率导 体 半 导 体 绝 缘 体 mm 68 1010 mm 65 1010 mm 188 1010 半 导 体 材 料 ： 锗 、 硅 、 砷 化 镓 、 锑 化 铟 等半 导 体 的 导 电 性 能 介 于 导 体 与 绝 缘 体 之 间 ， 且 半 导 体的 导 电 性 能 受 外 界 条 件 影 响 很 大 ， 除 了 温 度 外 ， 用 光照 射 半 导 体 ， 在 半 导 体 中 掺 入 微 量 的 其 他 物 质 ， 都 会使 半 导 体 的 导 电 性 能 发 生 显 著 的 变 化 。2 半 导 体 的 电 阻 率 变 化 特 点 电 阻 率 不 随 温 度 的 增 加 而 增 加 ， 反 而随 温 度 的 增 加 而 减 小 半 导 体 的 导 电 的 性 能 可 以 有 外 界 的 条 件来 控 制 (如 温 度 、 光 照 等 等 ) 半 导 体 材 料 的 电 阻 率 随 温 度 升 高 而 减 小 ， 称 为 半导 体 的 热 敏 特 性半 导 体 材 料 的 电 阻 率 随 光 照 而 减 少 ， 称 为 半 导 体的 光 敏 特 性半 导 体 材 料 中 掺 入 微 量 杂 质 也 会 使 它 的 电 阻 率 急 剧变 化 ， 称 为 半 导 体 的 掺 杂 特 性 GodSon龙 芯 （ 狗 剩 ） 在 20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 的 变 化 规 律 一致 。 按 这 种 理 论 ， 温 度 降 到 绝 对 零 度 时 电 子 将“ 凝 聚 ” 在 原 子 上 ， 电 阻 为 极 大 ， 金 属 会 成 为 绝缘 体 。 1908年 ， 荷 兰 莱 顿 大 学 的 卡 茂 林 -昂 尼 斯 首 次 实现 氮 的 液 化 ， 获 得 了 4.2K（ -268 8 ） 的 低 温 ，为 研 究 低 温 条 件 下 物 质 导 电 创 造 了 条 件 。 他 发 现几 种 金 属 导 体 （ 铅 、 铝 ） 的 电 阻 率 随 温 度 降 低 而减 小 ， 直 至 冷 却 到 液 态 空 气 温 度 80K时 仍 维 持 不变 。 1911年 ， 卡 茂 林 -昂 尼 斯 发 现 ， 将 汞 冷 却 到-268.98 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 类 似 的 低 温 下失 去 电 阻 的 特 性 。 1913年 ， 卡 茂 林 -昂 尼 斯 在 诺贝 尔 领 奖 演 说 中 指 出 ： 低 温 下 金 属 电 阻 的 消 失“ 不 是 逐 渐 的 ， 而 是 突 然 的 ” ， “ 水 银 在 4.2K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 。 ” 这 一 发 现 引 起 了 世 界 范 围 内 的 震 动 。 在 他 之 后 ，人 们 开 始 把 处 于 超 导 状 态 的 导 体 称 为 超 导 体 。 超导 体 的 直 流 电 阻 率 在 一 定 的 低 温 下 突 然 消 失 ， 被称 作 零 电 阻 效 应 。 导 体 没 有 了 电 阻 ， 电 流 流 经 超导 体 时 就 不 发 生 热 损 耗 ， 电 流 可 以 毫 无 阻 力 地 在导 线 中 流 动 。 这 样 就 能 以 极 小 的 功 率 在 线 圈 中 通过 巨 大 的 电 流 ， 从 而 产 生 高 达 几 特 以 至 几 十 特 的超 强 磁 场 ， 这 是 人 们 长 期 以 来 梦 寐 以 求 的 。 三 、 超 导 体1 超 导 现 象 和 超 导 体 ： 当 温 度 降 低 到 绝 对 零 度 附近 时 ， 某 些 材 料 的 电 阻 率 突 然 减 小 到 无 法 测 量的 程 度 ， 可 以 认 为 其 电 阻 率 突 然 变 为 零 ， 这 种现 象 叫 做 超 导 现 象 ， 能 够 发 生 超 导 现 象 的 物 质称 为 超 导 体 2 转 变 温 度 TC ： 材 料 由 正 常 状 态 转 变 为 超 导 状态 的 温 度 ， 叫 做 超 导 材 料 的 转 变 温 度 3. 高 温 超 导 4.超 导 体 的 两 个 基 本 性 质（ 1） 、 零 电 阻 性远 距 离 输 电 超 导 电 磁 铁 和 超 导 电 机计 算 机 高 温 超 导 变 压 器 （ 2） 、 抗 磁 性磁 悬 浮 列 车 超 导 磁 悬 浮 5. 我 国 的 超 导 体 研 究 我 国 的 超 导 体 研 究 工 作 走 在 世 界 的 前 列 ，目 前 已 找 到 超 导 临 界 温 度 达 132K的 超 导 材料 . 6.我 国 的 磁 悬 浮 列 车 我 国 第一 条 磁悬 浮 列车 试 验线 在 长沙 建 成通 车 我 国 磁悬 浮 列车 驾 驶室 和 车厢 内 部 我 国 第一 条 磁悬 浮 列车 试 验线 上 试车 情 景