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1、半导体超导及其应用第1页，本讲稿共18页1导导体体、绝绝缘缘体体、半半导导体体的的区区分分的的依依据据，通通常常是是根根据据材材料料的的电电阻阻率率的的大大小来区分小来区分材料材料 电阻率电阻率导体导体 半导体半导体 绝缘体绝缘体 第2页，本讲稿共18页半导体材料：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)第
2、3页，本讲稿共18页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第4页，本讲稿共18页第5页，本讲稿共18页第6页，本讲稿共18页GodSon龙芯（狗剩）第7页，本讲稿共18页在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。第8页，本讲稿共18页 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（-2688）的低温
3、，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。第9页，本讲稿共18页 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。”第10页，本讲稿共18页 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
4、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。第11页，本讲稿共18页三、超导体三、超导体1超超导导现现象象和和超超导导体体：当当温温度度降降低低到到绝绝对对零零度度附附近近时时，某某些些材材料料的的电电阻阻率率突突然然减减小小到到无无法法测测量量的的程程度度，可可以以认认为为其其电电阻阻率率突突然然变变为为零零，这这种种现现象象叫叫做做超超导导现现象象，能够发生超导现象的物质称为能够发生超导现象的物质称
5、为超导体超导体 2转转变变温温度度TC ：材材料料由由正正常常状状态态转转变变为为超超导导状状态态的的温度，叫做超导材料的转变温度温度，叫做超导材料的转变温度3.高温超导第12页，本讲稿共18页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高温超导变压器第13页，本讲稿共18页（2）、抗磁性磁悬浮列车超导磁悬浮超导磁悬浮第14页，本讲稿共18页5.我国的超导体研究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，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目前已找到超导临界温度达132K的超导材的超导材料料.第15页，本讲稿共18页6.我国的磁悬浮列车我国的磁悬浮列车我国第一我国第一条磁悬浮条磁悬浮列车试验列车试验线在长沙线在长沙建成通车建成通车第16页，本讲稿共18页我国磁悬我国磁悬浮列车驾浮列车驾驶室和车驶室和车厢内部厢内部第17页，本讲稿共18页我国第一我国第一条磁悬浮条磁悬浮列车试验列车试验线上试车线上试车情景情景第18页，本讲稿共18页