半导体及其应用超导及其应用
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把超导体应用于计算机将会迎来科学史上 的一次重大革命。理论研究表明：应用约 瑟夫森效应制成超导器件，其开关速度可 以比当前使用的半导体集成电路快十几~二 十几倍，而且它消耗的电能只有现在普通 计算机的1% 。
4、神速的超导计算机
5、超导磁悬浮列车 在超导磁悬浮列车的研究中走在最前 列十日本。1962年，日本着手设计磁悬 浮列车，但当时是利用正常导体产生 的磁场时速达到307.8km/h ，1997年， 日本又试制了超导磁悬浮列车，关键 部分是由两组超导电磁铁构成的，它 们能提供极强的磁场，使列车的速度 达到500km/h 。
R(ohm)
150
100
50
0 0 50 100 150 200 250 300 350
超导现象 大多数金属在温度降到某一数值时，都会出现电 阻突然降为零的现象 转变温度： 导体由常态转变成超导状态的温度，用TC表示。
二、超导的历史
年份 1911 至1986上半 年 1986年7月 镧钡铜氧化 物 科学家 （荷）昂 尼斯 材料 汞 转变温度TC
3.晶体管
在纯净的半导体材料中参入微量杂质， 会使半导体的导电性能大大增强。
如：在单晶硅中参入百分之一的某种杂质（磷或 硼），其电阻率几乎可以下降一万倍
制成晶体二极管和三极管
2.1.3 半导体二极管 一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半 导体二极管。
PN结
二极管的电路符号：
P N
面接触型
三、半导体超导及其应用
一 导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导
体，金属一般都是导体。 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，
金属导体电阻率约为10-8Ω·ｍ~10-6Ω·ｍ 半导体的电阻率约为10-5Ω·m~106Ω·ｍ 绝缘体的电阻率约为108Ω·m~1018Ω·ｍ
半导体：另有一类物质的导电特 性处于导体和绝缘体之间，且电 阻随温度的增加而减小，这样的 材料称为半导体。 如：锗、硅、砷化镓和一些硫化 物、氧化物等。 三者之间没有绝对的界限
1、热敏性（热敏电阻） 半导体材料的电阻随温度升高减小。 如：自动防火报警器、电子测量仪中的热敏电阻。 2、光敏性（光敏电阻） 在光照下电阻大大减小。 如：照相机自动测光、光电控制、室内光线控制。
普通的电路由于输电线的耗能严重，必须 经过升压、降压的程序，而且也不可能作 到完全不损耗。超导体导线则能完全解决 这个问题。
优越的超导电机
3、精密的超导仪器
一些精密的仪器，如核磁共振仪、电 子显微镜等对磁场有非常严格的要求 （强度要高、稳定性要高、磁感线分 布要理想，有时还要求很大的尺寸）， 普通的材料很难达到要求，超导则能 解决这个问题。
半导体材料在目前的电子工业和微 电子工业中主要用来制作晶体管、
零电阻特性
1913年获得诺 贝尔物理学奖
300
Tl-2212
250 200
1908 年荷兰 Leiden 大学的 Kamerling Onnes 小组将 He 液 化，1911年测量水银 Hg 的电阻 温度曲线时发现在 4.2 K （零 下269度） 左右电阻突然消失。 此性质被命名为超导性。随后发 现了大批的单元素金属超导体。
4.2K 23K
35K
1987年2月
1992年初
美、中
钇钡铜氧化 物
90K 125K
1、优越的超导电机
Βιβλιοθήκη Baidu
普通发电机组中的材料载流量十分有限， 由于电路中有电阻，总要发热，因此既不 经济又不安全。用超导体制造电机，完全 不发热，可以提高载流量，据专家计算， 用超导体制作电机，功率可以提高几十倍。
2、省电的超导电路
、
二极管的单向导电性
发光二极管
§1.4 半导体三极管
1.4.1 基本结构
NPN型
C N P N E
发射极 集电极 集电极
C P N P E
PNP型
B
基极
B
基极
发射极
三极管的放大性
集成电路的制成
半导体照明
LED发光模组产品
LED照明产品
1956年诺贝尔物理学奖巴丁,肖克 莱,布拉坦（研制成晶体管）
4、神速的超导计算机
5、超导磁悬浮列车 在超导磁悬浮列车的研究中走在最前 列十日本。1962年，日本着手设计磁悬 浮列车，但当时是利用正常导体产生 的磁场时速达到307.8km/h ，1997年， 日本又试制了超导磁悬浮列车，关键 部分是由两组超导电磁铁构成的，它 们能提供极强的磁场，使列车的速度 达到500km/h 。
R(ohm)
150
100
50
0 0 50 100 150 200 250 300 350
超导现象 大多数金属在温度降到某一数值时，都会出现电 阻突然降为零的现象 转变温度： 导体由常态转变成超导状态的温度，用TC表示。
二、超导的历史
年份 1911 至1986上半 年 1986年7月 镧钡铜氧化 物 科学家 （荷）昂 尼斯 材料 汞 转变温度TC
3.晶体管
在纯净的半导体材料中参入微量杂质， 会使半导体的导电性能大大增强。
如：在单晶硅中参入百分之一的某种杂质（磷或 硼），其电阻率几乎可以下降一万倍
制成晶体二极管和三极管
2.1.3 半导体二极管 一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半 导体二极管。
PN结
二极管的电路符号：
P N
面接触型
三、半导体超导及其应用
一 导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导
体，金属一般都是导体。 如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，
金属导体电阻率约为10-8Ω·ｍ~10-6Ω·ｍ 半导体的电阻率约为10-5Ω·m~106Ω·ｍ 绝缘体的电阻率约为108Ω·m~1018Ω·ｍ
半导体：另有一类物质的导电特 性处于导体和绝缘体之间，且电 阻随温度的增加而减小，这样的 材料称为半导体。 如：锗、硅、砷化镓和一些硫化 物、氧化物等。 三者之间没有绝对的界限
1、热敏性（热敏电阻） 半导体材料的电阻随温度升高减小。 如：自动防火报警器、电子测量仪中的热敏电阻。 2、光敏性（光敏电阻） 在光照下电阻大大减小。 如：照相机自动测光、光电控制、室内光线控制。
普通的电路由于输电线的耗能严重，必须 经过升压、降压的程序，而且也不可能作 到完全不损耗。超导体导线则能完全解决 这个问题。
优越的超导电机
3、精密的超导仪器
一些精密的仪器，如核磁共振仪、电 子显微镜等对磁场有非常严格的要求 （强度要高、稳定性要高、磁感线分 布要理想，有时还要求很大的尺寸）， 普通的材料很难达到要求，超导则能 解决这个问题。
半导体材料在目前的电子工业和微 电子工业中主要用来制作晶体管、
零电阻特性
1913年获得诺 贝尔物理学奖
300
Tl-2212
250 200
1908 年荷兰 Leiden 大学的 Kamerling Onnes 小组将 He 液 化，1911年测量水银 Hg 的电阻 温度曲线时发现在 4.2 K （零 下269度） 左右电阻突然消失。 此性质被命名为超导性。随后发 现了大批的单元素金属超导体。
4.2K 23K
35K
1987年2月
1992年初
美、中
钇钡铜氧化 物
90K 125K
1、优越的超导电机
Βιβλιοθήκη Baidu
普通发电机组中的材料载流量十分有限， 由于电路中有电阻，总要发热，因此既不 经济又不安全。用超导体制造电机，完全 不发热，可以提高载流量，据专家计算， 用超导体制作电机，功率可以提高几十倍。
2、省电的超导电路
、
二极管的单向导电性
发光二极管
§1.4 半导体三极管
1.4.1 基本结构
NPN型
C N P N E
发射极 集电极 集电极
C P N P E
PNP型
B
基极
B
基极
发射极
三极管的放大性
集成电路的制成
半导体照明
LED发光模组产品
LED照明产品
1956年诺贝尔物理学奖巴丁,肖克 莱,布拉坦（研制成晶体管）