【正文】 1 J。 P型半導(dǎo)體逾量空穴處于受主能級(jí)。由于受主能級(jí)與價(jià)帶頂端的能隙 Ea遠(yuǎn)小于禁帶寬度 Eg， 價(jià)帶上的電子很容易激發(fā)到受主能級(jí)上，在價(jià)帶形成空穴導(dǎo)電。 2. 化合物半導(dǎo)體 二元化合物 GaAs（砷化鎵）、 CdS鎘、 SiC、 GeS鍺、AsSe3硒等。 三元化合物 AgGeTe AgAsSe CuCdSnTe4等（碲） GaAs 制備 發(fā)光二極管 隧道二極管 3. 固溶體半導(dǎo)體 由兩種或多種元素或化合物互溶而成的。 二元系固溶體半導(dǎo)體 BiSb 三元系固溶體半導(dǎo)體 （碲鎘汞） Hg1xCdxTe （鎵砷磷） GeAs1xPx 最重要的紅外探測(cè)器材料 用于高速響應(yīng)器件 、 光通信等 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用 半導(dǎo)體材料在集成電路上的應(yīng)用：最早用鍺單晶制造二極管和三極管；現(xiàn)在發(fā)展硅器件 ， 以硅單晶為基材的集成電路在電子器件中占主導(dǎo)地位 。 化合物半導(dǎo)體砷化鎵做微波 、 超高頻晶體管等； 半導(dǎo)體在光電子器件 、 微波器件和電聲耦合器上的應(yīng)用：發(fā)光管 、 激光器 、 光電池 、 光集成等； 半導(dǎo)體材料在傳感器上的應(yīng)用：半導(dǎo)體傳感器 二、超導(dǎo)材料 超導(dǎo)材料的定義 1911年荷蘭 Leiden大學(xué) Kamerlingh Onnes 在研究極低溫度下金屬導(dǎo)電性時(shí)發(fā)現(xiàn) ， 當(dāng)溫度降到 ， 汞的電阻率突然降低到接近于零 。 這種現(xiàn)象稱為汞的超導(dǎo)現(xiàn)象 。 從此 ， 超導(dǎo)材料的研究引起了廣泛的關(guān)注 ， 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了上千種超導(dǎo)材料 。 定義： 超導(dǎo)電現(xiàn)象 ：材料的電阻隨溫度降低而減小并最終出現(xiàn)零電阻的現(xiàn)象 。 超導(dǎo)體 ：低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì) 。 （一）超導(dǎo)體的基本特性 特性一： 完全導(dǎo)電性（零電阻） File和 Mills利用精確核磁共振方法測(cè)量超導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場 ，來研究螺線管內(nèi)超導(dǎo)電流的衰變 ， 得出的結(jié)論是超導(dǎo)電流的衰變時(shí)間不短于 10萬年 。 特性二： 完全抗磁性 處于超導(dǎo)狀態(tài)的金屬 ， 不管其經(jīng)歷如何 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B始終為零 。 這一現(xiàn)象為邁斯納（ Meissner） 1933年發(fā)現(xiàn) ， 稱為邁斯納效應(yīng) 。 磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部 超導(dǎo)體的基本特性 特性三： 臨界溫度（ Tc）、 臨界磁場（ Hc）、 臨界電流 JC是約束超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。 當(dāng)溫度超過臨界溫度時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失；同時(shí)，當(dāng)超過臨界電流或者臨界磁場時(shí)，超導(dǎo)態(tài)也會(huì)消失，三者具有明顯的相關(guān)性。只有當(dāng)上述三個(gè)條件均滿足超導(dǎo)材料本身的臨界值時(shí)，才能發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象（由 Tc、 Hc， Jc形成的閉合曲面內(nèi)為超導(dǎo)態(tài)）。 超導(dǎo)體的基本特性 特性四： 約瑟夫森（ B D Josephson） 效應(yīng) （承擔(dān)超導(dǎo)電的超導(dǎo)電子還可以穿越極薄絕緣體勢(shì)壘） 經(jīng)典力學(xué)中 ， 若兩個(gè)區(qū)域被一個(gè)勢(shì)壘隔開 ， 則只有粒子具有足夠的能量時(shí) ， 其才會(huì)從一個(gè)區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)區(qū)域 。 量子力學(xué)中 ， 粒子具有足夠的能力不再是一個(gè)必要條件 ， 一個(gè)能量不太高的粒子也可能會(huì)以一定的概率“ 穿過 ” 勢(shì)壘 ， 即所謂的 “ 隧道效應(yīng) ” 。 （ 約瑟夫森語言并被后人證實(shí) ） 超導(dǎo)體的種類 （按邁斯納效應(yīng)分） 按照邁斯納（ Meissner） 效應(yīng)分類：第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體 ? 第一類超導(dǎo)體（軟超導(dǎo)體） 當(dāng) H HC 時(shí) ， B＝ 0（ B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度） 當(dāng) H HC 時(shí) ， B＝ μH 第一類超導(dǎo)體只有一個(gè)臨界磁場，即 HC 只有一個(gè)特征值。除釩、鈮、釕外，元素超導(dǎo)體都是第一類超導(dǎo)體 超導(dǎo)體的種類 （按邁斯納效應(yīng)分） ?第二類超導(dǎo)體（硬超導(dǎo)體） 當(dāng) H HC1 時(shí) ， B＝ 0， 處于邁斯納狀態(tài)，完全抗磁 當(dāng) Hc1H HC2 時(shí) ， 處于混合狀態(tài)，但電阻仍為零，這時(shí)體內(nèi)有磁感應(yīng)線穿過，形成許多半徑很小的圓柱形正常區(qū)，正常區(qū)周圍是連通的超導(dǎo)區(qū)。 當(dāng) H HC2 時(shí) ， B＝ μH 釩 、 鈮以及大多數(shù)合金或化合物超導(dǎo)體均屬于第二類 （二）超導(dǎo)材料 ? 元素超導(dǎo)體 ? 合金超導(dǎo)體 ? 金屬間化合物超導(dǎo)體 ? 陶瓷超導(dǎo)體 ? 高分子超導(dǎo)體 在低溫常壓下 ，具有超導(dǎo)特性的化學(xué)元素共有 26種 ， 由于臨界溫度太低 ， 無太大實(shí)用價(jià)值 Nb的 Tc 最高 ，僅為 1. 元素超導(dǎo)體 2. 合金超導(dǎo)體 合金超導(dǎo)體是機(jī)械強(qiáng)度最高 、 應(yīng)力應(yīng)變較小 、 磁場強(qiáng)度低 、 臨界電流密度高的超導(dǎo)體 ， 在早期得到實(shí)際應(yīng)用 。 超導(dǎo)合金主要有 TiV、 NbZr、 MoZr、 NbTi等合金系 ， 其中 GeNb3的臨界溫度最高 （ ） 。 3. 金屬間化合物超導(dǎo)體 金屬間化合物超導(dǎo)體的臨界溫度與臨界磁場一般比合金超導(dǎo)體的高 ， 但此類超導(dǎo)體的脆性大 ， 不易直接加工成帶材或線材 。 1986年發(fā)現(xiàn)了陶瓷超導(dǎo)體 ， 使超導(dǎo)材料獲得了更高的臨界溫度 ， 如 YBaCuO（ Tc＝ 90K） 、 TiBaCaCuO（ Tc＝ 120K） 等 。 最大缺點(diǎn)為脆性大 ， 加工困難 。 高溫超導(dǎo)材料： Tc＞ 77K（ 液 N溫度 ） 4. 陶瓷金超導(dǎo)體 中國制造 Made in China 2022年 1月 長 116m，寬 ，厚 mm 鉍系高溫超導(dǎo)帶材試制成功。 2022年 4月 340m 長的鉍系高溫超導(dǎo)導(dǎo)線試制成功。 已達(dá)到了國際先進(jìn)水平 5. 高分子超導(dǎo)體 高分子材料通常為絕緣體 ， 但在數(shù)億帕氣壓作用下也可以轉(zhuǎn)變成為超導(dǎo)體 。 如：四硫富瓦稀四腈代對(duì)苯醌二甲烷 目前高分子超導(dǎo)體的最高臨界溫度僅僅達(dá)到 10K （三）超導(dǎo)材料的應(yīng)用 超導(dǎo)的應(yīng)用，基本上可以分為強(qiáng)電強(qiáng)磁和弱電弱磁兩大類。 （ 1）超導(dǎo)強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用 主要基于超導(dǎo)體的零電阻特性和完全抗磁性以及非理想第二類超導(dǎo)體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場。 主要應(yīng)用在電力方面如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁體（如超導(dǎo)磁懸浮列車）、巨大環(huán)形超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁分離等。 （ 2）超導(dǎo)弱電弱磁的應(yīng)用 基于 Josephson效應(yīng)為基礎(chǔ)，建立極靈敏的電子測(cè)量裝置為目標(biāo)的超導(dǎo)電子學(xué)，發(fā)展了低溫電子學(xué)。如超導(dǎo)量子干涉器件是一種高靈敏度的測(cè)量裝置，主要功能是測(cè)量磁場。它可以在電工儀表、醫(yī)學(xué)、生物、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、固體材料、地球物理等領(lǐng)域應(yīng)用。 1. 電力輸送與儲(chǔ)存 目前有大約 30%的電能損耗在輸電線路上 ， 采用超導(dǎo)體輸電 ， 可大大減少損耗 ， 且省去了變壓器和變電所 。 使用巨大的超導(dǎo)線圈 ， 經(jīng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生磁場而儲(chǔ)存能量 。 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)所存能量幾乎可以無損耗的儲(chǔ)存下去 ， 其轉(zhuǎn)換率可高達(dá) 95%。 超導(dǎo)材料的應(yīng)用實(shí)例 2. 磁流體發(fā)電 化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能 火力發(fā)電 熱能 電能 磁流體發(fā)電 3. 磁懸浮列車 時(shí)速 400 ~ 500km. 4. 超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 速度是計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)追求的主題 三、電接點(diǎn)（觸頭）材料 電接點(diǎn)是建立和解除電接觸的導(dǎo)電構(gòu)件 ， 廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng) 、 電器裝置 ，儀器儀表 、 電信和電子設(shè)備 。 按電負(fù)荷的大小 ， 電接點(diǎn)分為：強(qiáng)電 、 中電和弱電 。 （一） 強(qiáng)電接點(diǎn)材料 電負(fù)荷大，要求電接點(diǎn)材料：接觸電阻低、耐電蝕、耐磨損、高的耐電壓強(qiáng)度、良好的來電弧能力，一定的機(jī)械強(qiáng)度。 一般采用合金材料。 ? 空氣開關(guān)接點(diǎn)材料 銀系合金 ： AgCdO、 AgFe、 AgW、Ag石墨等。 銅系合金 如： CuW、 Cu石墨 ? 真空開關(guān)接點(diǎn)材料 CuBiCe、 CuFeNiCoBi、 WCuBiZr合金等 （二）弱電接點(diǎn)材料 弱電接點(diǎn)電負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷都很小 ， 要求接點(diǎn)材料有極好的導(dǎo)電性 、 極高的化學(xué)穩(wěn)定性 、 良好的抗電火花燒損性和耐磨性 。 大多用貴金屬合金材料。 常用的弱電接點(diǎn)材料有： Au系 （金） Ag系 （銀） Pt系（鉑） Pd系（鈀） （三）復(fù)合接點(diǎn)材料 通過合理工藝將貴金屬接點(diǎn)材料與非貴金屬基體材料結(jié)合在一起， 國外 90%以上的弱電接點(diǎn)采用復(fù)合接點(diǎn)材料。 磁功能材料 第三章 磁性功能材料 磁性功能材料 ——磁性材料指那些有實(shí)際工程意義具有較強(qiáng)磁性的材料。 是最古老的功能材料。 公元前幾世紀(jì)人類就發(fā)現(xiàn)自然界中存在天然磁體，磁性 (Magism)一詞就因盛產(chǎn)天然磁石的 Magnesia地區(qū)而得名。早期的磁性材料主要是軟鐵、硅鋼片、鐵氧體等。二十世紀(jì)六十年代起，非晶態(tài)軟磁材料、納米晶軟磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相繼出現(xiàn)。磁性材料廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及聲像記錄用大容量存儲(chǔ)裝置如磁盤、磁帶，電工產(chǎn)品如變壓器、電機(jī)，以及通訊、無線電、電器和各種電子裝置中，是電子和電工工業(yè)、機(jī)械行業(yè)和日常生活中不可缺少的材料之一， 本章主要內(nèi)容 ? 磁學(xué)理論 —— 物質(zhì)的磁性、磁性的基本物理量 ? 磁性材料分類 —— 軟磁材料、永磁材料、半硬磁 材料 ? 磁性材料的基本性能與應(yīng)用 第三章 磁性功能材料 簡介 磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。磁性現(xiàn)象是與各種形式的電荷運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的，由于物質(zhì)內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)和自旋會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁場，因而產(chǎn)生磁性。一切物質(zhì)都具有磁性。但磁性材料通常是指那些在實(shí)際工程意義上具有較強(qiáng)磁性的材料。 磁性材料是電子工業(yè)的重要基礎(chǔ)功能材料，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子器件、通訊、汽車和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，磁性材料的需求將空前廣闊。當(dāng)前我國磁性材料的發(fā)展居世界之首，已經(jīng)成為世界上永磁材料生產(chǎn)量最大的國家。 基本概念 “ 磁 ” 來源于電 。 一個(gè)環(huán)形電流在其運(yùn)動(dòng)中心產(chǎn)生的磁矩為 P=is， i為電流強(qiáng)度 ， s為環(huán)形回路所包圍的面積 。 原子內(nèi)的電子做循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng) ， 這必然產(chǎn)生磁矩 ， 產(chǎn)生的磁矩分別稱為軌道磁矩 P1和自旋磁矩 Ps。 原子核雖然也產(chǎn)生磁矩 ， 但它的值比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí) ， 一般情況下可忽略不計(jì) 。 因此 ， 原子磁矩的產(chǎn)生是電子的循軌運(yùn)動(dòng) 、 電子自旋這二者組合的結(jié)果 。 基本概念 磁場強(qiáng)度 （ H） ： 指空間某處磁場的大小 ， 單位：安 /米； 磁化強(qiáng)度 （ M） ： 物質(zhì)的磁性來源于內(nèi)部的磁矩 ， 只有當(dāng)內(nèi)部磁矩同向有序排列時(shí)才對(duì)外顯示強(qiáng)磁性 。 單位體積內(nèi)磁矩矢量和稱為 M， 單位：安 /米； 磁感應(yīng)強(qiáng)度 （ B） ： 物質(zhì)在外磁場作用下 ， 其內(nèi)部原子磁矩的有序排列還將產(chǎn)生一個(gè)附加磁場 。 在磁性材料內(nèi)部外加磁場與附加磁場的和 ， 稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度 。 B=μ0(H+M) ， μ0是一個(gè)系數(shù) ， 叫做真空磁導(dǎo)率 。 磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度 ， 單位是特斯拉 （ T） ； 磁導(dǎo)率 （ μ） ： μ=B/H， 是磁化曲線上任意一點(diǎn)上 B和 H的比值 。 導(dǎo)磁率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度 ， 或者說是材料對(duì)外部磁場的靈敏程度； 磁化率 （ χ ） ： 磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的比值 ， χ = M /H。 磁滯回線 在外加磁場的作用下磁體會(huì)被磁化 ， 磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨外磁場 H的變化是非線性的 ， 當(dāng)H減少為零時(shí) ， B并未回到零值 ，出現(xiàn)剩磁 Br。 磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性 。圖為磁性物質(zhì)的磁滯曲線； 要使剩磁消失 ， 通常需進(jìn)行反向磁化 。 將 B=0時(shí)的 H 值稱為矯頑磁力 Hc； Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 ， Bs稱為最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 （ 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ） 。 Bs Br Hc B H O 3. 1 磁學(xué)基礎(chǔ)－ 物質(zhì)的磁性 (一 ) 物質(zhì)的磁性 將一個(gè)面積為（ A) 、通有電流（ Is)的環(huán)型導(dǎo)體放入磁場中，該環(huán)型導(dǎo)體將會(huì)在磁場（ H)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即環(huán)型導(dǎo)體受到力矩的作用。力矩（ M)的大小可由下式表示： M ? Is x A x H 定義 Pm= Is x A為通過電流為 Is、面積為 A的環(huán)型導(dǎo)體的磁矩。 Is I 原子內(nèi)的電子做循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)，所以必然產(chǎn)生磁矩。前者稱為軌道磁矩，后者稱為自旋磁矩。 電子的循軌磁矩 Pl = 電子的自旋磁矩 Ps = e：單位