半导体和超导.pptVIP

2.4.1 本征半导体 1、简介（以硅为例） 2.7 电性能测量及其应用 1、测量块材的电阻率 双电桥法、电位差计、直流四探针法 2、电阻法分析应用 （1）测量固溶体溶解度曲线 （2）研究合金时效 （3）马氏体转变 （4）疲劳和裂纹扩散 大规模集成电路（VLIC） 集成电路的组成就是大量、但非常微小的晶体管、电容、电阻的组合，应用及其广泛。 大规模集成电路的制造（硅基片） 收音机、手机等各种电器越练越轻巧，就是各种集成电路的应用结果 CPU的散热片 最小的集成电路，用来钞票防伪 2.5 超导电性 一、超导电现象 在一定低温条件下，金属（后来发现氧化物）突然失去电阻的现象 转变温度：超导体电阻降为零的温度。 二、超导体的三个属性 （1）零电阻 （2）迈斯纳效应——完全抗磁性 （3）通量量子化 发展方向：由单质向化合物，由低温向高温，理论仍有缺陷（量子力学也不能解释氧化物超导现象） 表征超导体性质的三个指标 （1）转变温度（实用在液氮温度） （2）临界磁场 （3）临界电流 超导体分为I类和II类 I类有一个临界磁场 II类有两个临界磁场 YBaCuO在电子显微镜下 构成氧化物高温超导体的化学元素昂贵,合成的超导材料脆性大,难以加工成线材,使其应用受到极大的局限 三、BCS理论 电子A 声子 电子B 库珀电子对 电子A 电子B q（声子） 载流子：库柏电子对 巴丁、库柏和施里弗由于提出超导电性的BCS理论获1972年诺贝尔物理学奖，但对于氧化物超导体不能很好的解释，新的理论还有待于新的诺贝尔奖获得者去发现。 BCS理论：电子在晶体中受声子的影响，在低温的情况下，两个电子之间可以通过交换声子而结合形成电子对，使得其由原来的费米子变成波色子，从而由普通导体变成超导体。 超导应用 1、高磁场超导磁体 2、高灵敏度电子器件 绝缘薄膜 超导薄膜 约瑟夫森效应：超导库柏电子对以库柏效应穿越绝缘势垒－超导量子干涉仪，测量磁场变化10－15T * 2.4 半导体 非金属和金属的使用时间几乎和人类文明社会一样长。石器时代和青铜时代都是利用材料的力学性能－硬度和韧性 半导体的应用只有约100年的时间，而最近50年是其应用最为广泛的时期，伴随着人们对半导体的物理性能逐渐深入了解，不同级别的电子计算机被制造出来，人类进入了信息时代。 人类制造的最强大的工具是计算机，人类制造的所有的电子工具（如各种传感器、机器人）都将以电子计算机为核心，即计算机是顶级工具。人类不再直接操作各种工具，而是通过计算机来操作各种工具。 元素半导体介于金属和非金属之间，现在90％的半导体器件的原材料是Si，未来化合物半导体将会有很大发展 晶体管、微电子线路、集成电路、大规模集成电路不断发展，器件越来越小，速度越来越快。 半导体材料由于奇异的导电特性，实现的最重要的两个功能是 整流：电流的单向通过（二极管） 放大：电信号的放大（三极管） 计算机各种功能的实现都以二进制数据的存储和计算为基础，整流和放大是其物理基础 纯度很高（10-10），可控引入杂质，改善电性能。 禁带宽度是半导体的重要指标，标志其对外界因素的敏感程度。 载流子两种 电子：被激发到导带，在电场下，实现导带间迁移 空穴：电子激发到导带后剩下的空位，吸引其他电 子前来补充，实现空穴－导带电子－空穴迁移 本征半导体是指纯净的半导体。 关键词：载流子迁移 元素半导体 化合物半导体 硅的晶体结构 属于面心立方结构 硅晶格是由两个面心立方结构嵌套而成 满 带 例：化合物半导体 CdS 空 带 h? ?Eg=2.42eV 满带中的一个电子受到激发进入空带（导带），这相当于产生了一个带正电的粒子(称为“空穴”) ,电子和空穴总是成对出现的。 空带 满带 空穴下面能级上 的电子可以跃迁 到空穴上来, 这相当于空穴 向下跃迁。 满带上带正电的 空穴向下跃迁也 是形成电流, 这称为空穴导电。 ?Eg 在外电场作用下, ?解? 例,半导体 Cd S激发电子, 光波的波长最大多长？ 2、半导体载流子数量的计算 与金属、离子导体不同，半导体的载流子数量随温度变化较大 取价带顶能量为零 Z（E） O Eg E 两种载流子的状态密度分别为 电子 空穴 量子力学证明，电子和空穴的能量分别为 电子总数 本征硅中费密能级位于禁带中，而且