【正文】 的 ，而是配成庫珀對存在的 ， 配對的電子 ， 其自旋方向相反 ， 動量的大小相等而方向相反 ， 總動量為零 。臨界電流密度 Jc是保持超導(dǎo)態(tài)的最 大輸入電流密度。 1987年 3月 12日 中國北京大學(xué)成功地用液氮進(jìn)行超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)。 1962年 超導(dǎo)體隧道效應(yīng)（約瑟夫森 效應(yīng)）。 非晶態(tài)半導(dǎo)體材料在開關(guān)元件 、 記憶元件 、 固體顯示 、 熱敏電阻和太陽能電池等的應(yīng)用方面都有令人鼓舞的前景 。 4）固溶體半導(dǎo)體 元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體相互溶解而成的半導(dǎo)體材料稱為固溶體半導(dǎo)體 。 在高溫或者低雜質(zhì)密度時(shí)晶格散射起主要作用；當(dāng)雜質(zhì)密度高時(shí) ， 雜質(zhì)散射起主要作用 。 將主要依據(jù)此式來討論電導(dǎo)的性能 。 因此 ， 高溫時(shí) ， 即使是摻雜半導(dǎo)體 ， 由于本征激發(fā)將占主導(dǎo)地位 ， 使總體上將表現(xiàn)出本征半導(dǎo)體的特點(diǎn) 。 半導(dǎo)體中載流子數(shù)量（濃度）的計(jì)算 （ 1） 本征半導(dǎo)體中載流子濃度的計(jì)算 Eg k E 0 導(dǎo)帶中－電子狀態(tài)密度： ?? ?? 導(dǎo)帶頂導(dǎo)帶頂導(dǎo)帶底 gEe dEEZEfdNN )()(導(dǎo)帶電子總數(shù)－載流子濃度 N e ? ??????? ??????????? ???kTEETNkTEENFgcFgcex pex p23結(jié)論：導(dǎo)帶中電子的濃度是 溫度 和電子 有效質(zhì)量 的函數(shù)。 Ⅲ 族元素占據(jù)了硅原子的位置： Ⅲ 族元素有 3個(gè)價(jià)電子，它與周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還缺少一個(gè)電子，于是在硅晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)空穴，而 Ⅲ 族原子接受一個(gè)電子后所在處形成一個(gè)負(fù)離子中心，所以，一個(gè) Ⅲ 族原子取代一個(gè)硅原子，其效果是形成一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)空穴 空穴束縛在 Ⅲ 族原子附近 ， 但這種束縛很弱很小的能量就可使空穴擺脫束縛 ， 成為在晶格中自由運(yùn)動的導(dǎo)電空穴 ， 而 Ⅲ 族原子形成一個(gè)不能移動的負(fù)電中心 。 多余的電子束縛在正電中心 ， 但這種束縛很弱很小的能量就可使電子擺脫束縛 ， 成為在晶格中導(dǎo)電的自由電子 ， 而 Ⅴ 族原子形成一個(gè)不能移動的正電中心 。 外加能量越高（ 溫度越高 ） ， 產(chǎn)生的電子空穴對越多 。 在半導(dǎo)體中 ， 載流子為電子和空穴 ， 電子帶負(fù)電荷 ， 空穴帶正電荷 。 氧離子空位的移動類似于導(dǎo)電離子的移動 ， 材料的氧離子遷移數(shù)接近于 子躍遷距離大于離子間隔 ， 晶格中的氧很容易快速遷移 ， 遷移激活能低 。 幾種不同 βAl2O3結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率 ? βAl2O3結(jié)構(gòu)屬于 六角晶系 。 （ 4） 可容納傳導(dǎo)離子的間隙位應(yīng)彼此互相連接 ， 間隙位的分布應(yīng)取共面多面體 ， 構(gòu)成一個(gè)立體間隙網(wǎng)絡(luò) ， 其中擁有貫穿晶格始末的離子通道以傳輸可動離子 。 運(yùn)動離子象液體那樣在晶格中做布朗運(yùn)動 ， 可以穿越兩個(gè)平衡位置的勢壘進(jìn)行擴(kuò)散 ， 快速遷移 。 ）與弗侖克爾缺陷（ A i （ 1） 熔點(diǎn)高的晶體 ， 結(jié)合力大 ， 相應(yīng)活化能高 ， 電導(dǎo)率低 。 能斯脫 愛因斯坦方程：（推導(dǎo)思路） 在材料內(nèi)部存在載流子濃度梯度 ，由此形成載流子的定向運(yùn)動，形成的電流密度 (單位面積流過的電流強(qiáng)度）為： J1=－ Dq ?n/ ?x n載流子單位體積濃度： x擴(kuò)散方向； q離子的電荷量； D擴(kuò)散系數(shù)。 電荷載流子一定是材料中最易移動的離子。和本征電導(dǎo)不同， 在低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要是雜質(zhì)電導(dǎo)。 作為載流子的離子由雜質(zhì)缺陷引起 雜質(zhì)離子載流子的濃度： 決定于雜質(zhì)的數(shù)量和種類 。 離子類載流子導(dǎo)電 離子電導(dǎo)是帶電荷的離子載流子在電場作用下的定向運(yùn)動。 當(dāng)退火溫度接近再結(jié)晶溫度時(shí) ， 電阻可恢復(fù)到接近冷加工前的水平；但當(dāng)退火溫度高過再結(jié)晶溫度時(shí) ， 電阻反又增大 ，原因是再結(jié)晶后新晶粒的晶界阻礙了電子運(yùn)動 。 通常情況下 ， 第二個(gè)因素占優(yōu)勢 固溶體發(fā)生有序化時(shí)，其電阻率將明顯降低。同時(shí)由于組元之間化學(xué)相互作用的加強(qiáng)使有效電子數(shù)減少，造成 ρ增大。 如果認(rèn)為冷加工變形所引起的電阻率增加是由于晶格畸變、晶體缺陷所致， 則增加的電阻率可表示為： Δρ (空位）表示電子在空位處散射引起電阻率的增加值，當(dāng)退火溫度足以使空位擴(kuò)散時(shí)，這部分電阻將消失。 大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，點(diǎn)缺陷所引起的剩余電阻率的變化遠(yuǎn)比線缺陷的影響大。 20 I 22 500 一些半導(dǎo)體和絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的壓力極限 _ _ _ _ + + + + V e (1)晶體缺陷使金屬的電阻率增加 (三 ).冷加工和缺陷對電阻率的影響 空位、間隙原子以及它們組成、位錯(cuò)等晶體缺陷使金屬電阻率增加。 (二 ).電阻率與壓力的關(guān)系 )1(0 pp ??? ??原因： 原子在壓力作用下相互靠近，原子間距縮小，使金屬內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)、費(fèi)密能和能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響了金屬的導(dǎo)電性。 Sb半金屬，熔化時(shí)導(dǎo)電性急劇增大。 D?)。 盡管溫度對有效電子數(shù)和電子平均速度幾乎沒有影響，然而溫度升高會使晶格振動加劇，瞬間偏離平衡位置的原子數(shù)增加，偏離理想晶格的程度加大，使電子運(yùn)動的自由程減小，散射幾率增加導(dǎo)致電阻率增大。 散射：電子波的速度（能量）或方向改變。 半導(dǎo)體 —— 電子（空穴） 表征材料電性能的主要參量 ?電 阻 R：不僅與導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)，還與樣品的幾何尺寸有關(guān) 。m) ?電導(dǎo)率 σ ：反映導(dǎo)體中電場強(qiáng)度和電流密度關(guān)系的物理量。 與雜質(zhì)濃度成正比 ， 與溫度無關(guān) 。 ?理想晶體的電阻率是溫度的單值函數(shù) 。此時(shí)，純金屬的電阻率與溫度關(guān)系為 ?當(dāng)溫度較低（低于 ΘD ）時(shí)，則應(yīng)考慮振動原子與導(dǎo)電電子之間的相互作用 ?當(dāng)溫度接近于 0K時(shí)（ T2K），電子的散射主要是電子與電子間的相互作用，而不是電子與離子之間的相互作用，并應(yīng)以 ρ∝T 2的規(guī)律趨于零，但對大多數(shù)金屬，此時(shí)的電阻率表現(xiàn)為一常數(shù)，ρ ＝ ρ ’。 反常下降 ， 如 Sb等 ， 原因： Sb在固態(tài)時(shí)為層狀結(jié)構(gòu) ， 共價(jià)鍵類型 ， 變成液體后 ， 共價(jià)鍵被破壞 ， 原子間成為金屬鍵結(jié)合 ， 造成反常下降 。 研究表明 ， 這種反?，F(xiàn)象和壓力作用下的相變有關(guān) 。 ? 掌握這些缺陷對電阻的影響 ， 可以研制具有一定電阻的金屬 。冷加工使原子間距有所改變，也會對電阻率產(chǎn)生一定影響。 ?成分與固溶體電阻： ，最大電阻率通常出現(xiàn)在 50%原子濃度處。 說明： 馬西森定律正確的前提是： （ 1）合金元素不改變金屬的能帶結(jié)構(gòu)； （ 2）合金元素的加入不引起德拜特征溫度的改變； ????? ????? C00 39。 Thomas首先發(fā)現(xiàn)，并稱此組織狀態(tài)為 K狀態(tài) 。 各種處理過程對材料電阻率的影響： (1) 金屬中的雜質(zhì)和缺陷是增加了還是減少了？ (2) 金屬結(jié)構(gòu)的畸變是增大了還是減小了？ (3) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)，顯微組織是否發(fā)生了變化？ 新的組織結(jié)構(gòu)怎樣影響電阻率的變化趨勢？ (4) 金屬原子間的鍵合方式有什么變化？起傳導(dǎo)作 用的自由電子是增加了還是減少了 ? (a)連續(xù)固溶體 (b)多相合金 ?多相合金電阻 多相合金的電阻率應(yīng)當(dāng)是組成相電阻率的組合 。 離子自身隨著熱振動離開晶格形成熱缺陷。 高溫下 : 離子晶體的電導(dǎo)主要由熱缺陷濃度決定 低溫下 : 離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定 熱缺陷的濃度決定于溫度 T和 缺陷形成能 (或 離解能 ) E。39。 ?根據(jù) 波爾茲曼統(tǒng)計(jì) ，在溫度 T時(shí)，粒子具有能量為 V的幾率和exp(－ V/kT)呈正比例； ?間 隙離子在間隙處的熱振動具有一定的頻率 kT/h，即單位時(shí)間內(nèi)間隙 離 子試圖越過勢壘的次數(shù)為 kT/h ； ? 單位時(shí)間內(nèi)間隙 離 子越過勢壘的次數(shù)（幾率）為： P = α kT/h exp(－ V/kT) 基本知識 在外電場存在時(shí)，間隙離子的勢壘變化 V 位置 X 能量 b V Fb 1/2Fb 加上電場后，與電場同向勢壘降低，反向升高。 這是由于雜質(zhì)活化能比基本點(diǎn)陣離子的活化能小許多的緣故 。 （ 3） 結(jié)構(gòu)緊密的離子晶體 ， 由于可供移動的間隙小 ， 則間隙離子遷移困難 ， 即其活化能高 ， 因而電導(dǎo)率小 。 iii)離子晶體中正負(fù)離子計(jì)量比隨氣氛的變化發(fā)生偏離，形成非化學(xué)計(jì)量比化合物。 ?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同于正常態(tài)離子固體，介于正常態(tài)與熔融態(tài)的 中間相 固體的離子導(dǎo)電相。 β相轉(zhuǎn)變?yōu)?α相是突發(fā)性的相變 ， 電導(dǎo)率提高約三個(gè)數(shù)量級 ， 可達(dá) 130 (Ω A+和氧層連接在一起，這種疏松的連接層是無序的，它提供了原子通道，使晶格中的 A離子很容易移動。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。 滿 帶 空 帶 h? Eg 相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子(稱為 “ 空穴 ” ),把電子抵消了 . 電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。 自由電子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 電子空穴對 常溫 300K時(shí)： 電子空穴對的濃度 硅： 鍺 ： 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量： 溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化 。 ? 被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級 ED。 被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級 EA。 可得到價(jià)帶的空穴數(shù)為 N h 232* )/2(2 hkTmN hv ??對本征半導(dǎo)體， he NN ?? ? kTENkTEEN FvFgc /)e x p (/)(e x p ????)/l n(432 ** ehgF mmkTEE ??費(fèi)密能級位于禁帶中央 )2ex p (2/31kTETKNN ghe ???其中 K1= 1015 K3/2 ,T為絕對溫度， k為玻爾茲曼常數(shù)。 導(dǎo)電性和載流子遷移率 電子在理想的完整晶體內(nèi)可自由運(yùn)動，其平均自由程為整個(gè)晶體長度； 但晶體是不完整的 原子熱運(yùn)動 雜質(zhì) 對電子的散射 當(dāng)加上一電場，如沿 x方向，當(dāng)電場與熱運(yùn)動相平衡時(shí)，電子得到一平均運(yùn)動速度 。 在低摻雜半導(dǎo)體中 ， 遷移率隨溫度升高而大幅度下降 。 2） 二元化合物半導(dǎo)體 主要有 III— V族化合物半導(dǎo)體 、 II— VI族化合物半導(dǎo)體 、IV— VI族化合物半導(dǎo)體 、 II— IV族化合物半導(dǎo)體 、 鉛化物及氧化物半導(dǎo)體等 。所以可以利用 GaAs1xPx， 隨 x變化而作出能發(fā)不同波長的發(fā)光二極管 。 超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展 1911年 卡茂林－昂內(nèi)斯 意外地發(fā)現(xiàn) ， 將汞冷卻到－ ℃ 時(shí) ， 汞 的電阻突然消失；后來他發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上 述汞相類似的低溫下失去電阻的特性； 1931年 人們發(fā)現(xiàn)錫在轉(zhuǎn)變到超導(dǎo)態(tài)是比熱容有跳變，這是正常－超 導(dǎo)轉(zhuǎn)變。 1987年 1月 日本川崎國立分子研究所將超導(dǎo)溫度提高到 43K；不久 日本綜合電子研究所又將超導(dǎo)溫度提高到 46K和 53K。 超導(dǎo)態(tài)特性和超導(dǎo)體的三個(gè)性能指標(biāo) ? 完全導(dǎo)電性－－零電阻效應(yīng)； ? 完全抗磁性－－邁斯納效應(yīng)； ? 通量量子化； 超導(dǎo)態(tài)特性 評價(jià)實(shí)用超導(dǎo)材料的三個(gè)性能指標(biāo) ?臨界轉(zhuǎn)變溫度 Tc： 電阻突然消失的溫度稱為超導(dǎo)材料的臨界 轉(zhuǎn)變溫度 Tc。 第 I類超導(dǎo)體由于其臨界電流密度和臨界磁場較低 ， 因而沒有很好的實(shí)用價(jià)值 。 當(dāng)磁場強(qiáng)度達(dá)到臨界強(qiáng)度時(shí)，磁能密度等于庫珀對的結(jié)合能密度，所有庫珀對都獲得能量而被撤散，超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。 利用超導(dǎo)技術(shù)可以提高導(dǎo)彈命中目標(biāo)的精度，也可以擊毀來襲的導(dǎo)彈；現(xiàn)代戰(zhàn)爭的 精確制導(dǎo)武器 ，以及 導(dǎo)彈攔截系統(tǒng) 都離不開超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用。 因此，在進(jìn)一步處理過程中（絕緣 … ），我們通過鍍錫、銀、鎳等來改善某些性能，如可焊性、抗氧化性、耐熱性等。 主要應(yīng)用：電器回路中的電阻部件和電子線路中的電阻器件 （ 1） CuMn系 錳銅： Cu86％、 Mn12％ Ni2％ Mn的作用：提高電阻率，降低電阻溫度系數(shù) （ 2） CuNi系 康銅： Cu60％、 Ni40％ Ni的作用：降低合金對銅的熱電勢，改善電阻溫度系數(shù)并提高耐腐蝕性能。 按測量的范圍或測量的準(zhǔn)確度要求來分類： ? 對 107W以上較大的電阻 (俗稱高阻