【文章內(nèi)容簡介】 非晶半導(dǎo)體和離子鍵非晶半導(dǎo)體。 共價(jià)鍵非晶半導(dǎo)體有 3種類型：四面體非晶半導(dǎo)體，如 Si、SiC等；“鏈狀”非晶半導(dǎo)體，如 S、 Se、 As2S3等；交鏈網(wǎng)絡(luò)非晶半導(dǎo)體，它們是由上述兩類非晶半導(dǎo)體結(jié)合而成的，后丙類都含有 S,Se或 Te，所以被稱為硫系化合物。離子鍵非晶半導(dǎo)體主要是氧化物玻璃。 (4) 半導(dǎo)體陶瓷 半導(dǎo)體陶瓷是指導(dǎo)電性介于導(dǎo)電陶瓷和絕緣介質(zhì)陶瓷之間的一類材料，其電阻率介于 104～ 107Ω之間。一般是由一種或數(shù)種金屬氧化物。彩陶瓷制備工藝制成的多晶半導(dǎo)體材料。這種材料的基本特征是具有半導(dǎo)體性質(zhì)。且多半用于敏感元件，因此也稱半導(dǎo)體陶瓷為第三陶瓷。 目前實(shí)用的半導(dǎo)體陶瓷可分為以下三種： ① 主要利用晶體本身性質(zhì)： 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、高溫?zé)崦綦娮琛⒀趸瘋鞲衅鳌? ②主要利用晶界和晶粒析出相性質(zhì)的： 正溫度系數(shù) 熱敏電阻、ZnO系 壓敏電阻。 ③ 主要利用表面性質(zhì)的： 各種氧化傳感器、溫度傳感器。 超導(dǎo)性和超導(dǎo)材料 1911年 荷蘭物理學(xué)家翁奈在研究水銀低溫電阻時(shí)首先發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。后來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些金屬、合金和化合物在低溫時(shí)電阻也變?yōu)榱?，即具有超?dǎo)現(xiàn)象。物質(zhì)在超低溫下，失去電阻的性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性；相應(yīng)的具有這種性質(zhì)的物質(zhì)就稱這超導(dǎo)體。超導(dǎo)體在電阻消失前的狀態(tài)稱為常導(dǎo)狀態(tài)；電阻消失后狀態(tài)稱為超導(dǎo)狀態(tài)。 (1)零電阻現(xiàn)象 超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象與常導(dǎo)體零電阻在實(shí)質(zhì)上截然不同。常導(dǎo)體的零電阻是指在理想的金屬晶體中，由于電子運(yùn)動(dòng)暢通無阻，因此沒有電阻；而超導(dǎo)體零電阻是指當(dāng)溫度降至某一數(shù)值 Tc或以下時(shí)，其電阻突然變?yōu)榱?。電阻?ρ 與溫度 T的關(guān)系見圖 (2) 完全抗磁性 1933年邁斯納和奧爾德首次發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體具有完全抗磁性的特點(diǎn)。把錫單晶球超導(dǎo)體在磁場 (H≦ Hc)中冷卻，在達(dá)到臨界溫度 Tc以下時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線一下子被排斥出去；或者先把超導(dǎo)體冷卻至 Tc以下，再通以磁場，這時(shí)磁通線也被排斥出動(dòng)；如圖所示。即在超導(dǎo)狀態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=。 2. 超導(dǎo)體的臨界參數(shù) 超導(dǎo)體有三個(gè)基本的臨界參數(shù)，即臨界溫度 Tc，臨界 Hc、臨界電流 Ac。 (1)臨界溫度 Tc 超導(dǎo)體從常導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度就叫做臨界溫度，以Tc表示。 (2)臨界磁場 Hc 使超導(dǎo)態(tài)的物質(zhì)由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)態(tài)時(shí)所需的最小磁場強(qiáng)度，叫做臨界磁場 ，以 Hc。 (3)臨界電流 Ic 破壞超導(dǎo)電性所需的最小極限電流就是臨界電流 ，以 Ic表示 。 (4)三個(gè)臨界參數(shù)的關(guān)系 三個(gè)臨界值的關(guān)系可用圖中的曲面表示。在臨界面以下的狀態(tài)為超導(dǎo)態(tài)，其余均為常導(dǎo)態(tài) 3. 超導(dǎo) 機(jī)理 當(dāng)前在闡明超導(dǎo)機(jī)理的幾種理論中，二流體模型是較有說服力的，較為流行的一種。二流體模型認(rèn)為：超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，傳導(dǎo)電子分為兩部分，一部分叫常導(dǎo)電子，另一部分叫超流電子，兩種電子占據(jù)同一體積，彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，在空間上互相滲透；常導(dǎo)電子的導(dǎo)電規(guī)律與常規(guī)導(dǎo)體一樣，受晶格振動(dòng)而散射，因而產(chǎn)生電阻，對熱力學(xué)熵有貢獻(xiàn)；超流電子處于某種凝聚狀態(tài)，不受晶格振動(dòng)而散射，對熵?zé)o貢獻(xiàn)，其電阻為零，它在晶格中無阻地流動(dòng)。這兩種電子的相對數(shù)目與溫度有關(guān)， TTc時(shí)，沒有凝聚； T=Tc時(shí)，開始凝聚；T=0時(shí)，超流電子成分占 100%。 上面即為二流體模型的理論觀點(diǎn)。它很好的解釋了超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)零電阻現(xiàn)象。 4. 超導(dǎo)材料的種類 按成分分為：元素超導(dǎo)體、合金和化合物超導(dǎo)體，有機(jī)高分子超導(dǎo)體三類。按 Meissner效應(yīng) 分為： (1) 第一類超導(dǎo)體 超導(dǎo)體在磁場中有一同的規(guī)律，如圖 a所示：當(dāng) HHc時(shí)，B=0， HHc 時(shí)， B=μH，即在超導(dǎo)態(tài)內(nèi)能完全排除外磁場，且只有一個(gè)值。除釩、鈮、釕外，元素超導(dǎo)體都是第一類超導(dǎo)體。 (2) 第二類超導(dǎo)體 如圖 b所示，第二類超導(dǎo)體的特點(diǎn)是：當(dāng) HHc1時(shí)， B=0，排斥外磁場。當(dāng) Hc1HHc2時(shí)， B0而 B μH，磁場部分穿透。當(dāng) HHc2時(shí)， B= μH ，磁場完全穿透。也就是在超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)之間有一種混合態(tài)存在， Hc有兩個(gè)值 Hc1和 Hc2 。釩、鈮、釕及大多數(shù)合金或化合物超導(dǎo)體都是屬于第二類導(dǎo)體。 5. 超導(dǎo)材料的性能 超導(dǎo)材料的種類很多，大致可分為低溫超導(dǎo)體、高溫超導(dǎo)體、非晶超導(dǎo)材料復(fù)合超導(dǎo)材料、重費(fèi)米超導(dǎo)體、有機(jī)超導(dǎo)材料。 (1)低溫超導(dǎo)材料： 這種材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低，大約在 30K以下。具體又可分為元素超導(dǎo)體、合金超導(dǎo)體、化合物 超導(dǎo)體三種。 (2)高溫超導(dǎo)材料： 這種材料大多具有較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度，超過了 77K，可在液氮的溫度下工作。它們大多為氧化物陶瓷，首先開發(fā)的氧化物超導(dǎo)體是釔系氧化物 YBa2Cu3O7δ(YBCuO)超導(dǎo)體，隨后開發(fā)的是鉍系氧化物超導(dǎo)體和鉈系氧化物超導(dǎo)體。少數(shù)的非氧化物高溫超導(dǎo)體主要是 C60化合物。 (3)非晶超導(dǎo)材料： 非晶態(tài)超導(dǎo)體的研究始于 20世紀(jì)50年代。非晶超導(dǎo)材料主要包括非晶態(tài)簡單金屬及其合金和非晶態(tài)過渡金屬及其合金。 (4) 復(fù)合超導(dǎo)材料： 由許多超導(dǎo)線 (或帶 )與良導(dǎo)體復(fù)合可得復(fù)合超導(dǎo)材料。它的優(yōu)點(diǎn)是：可承載更大的電流，減少退化效應(yīng)，增加超導(dǎo)的穩(wěn)定性，提高機(jī)械強(qiáng)度和超導(dǎo)性能。 (5)重費(fèi)米子超導(dǎo)體： 重費(fèi)米子超導(dǎo)體是 20世紀(jì) 70年代發(fā)現(xiàn)的，這類超導(dǎo)體的比熱測量顯示其低溫電子比熱系數(shù)非常大，是普通金屬的幾百甚至幾千倍，由此被稱為重費(fèi)米子超導(dǎo)體。 (6)有機(jī)超導(dǎo)材料： 有機(jī)材料與無機(jī)材料相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，且十分容易進(jìn)行分子水平上的剪裁與設(shè)計(jì)。這些優(yōu)越條件使得有機(jī)超導(dǎo)體具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 在超導(dǎo)材料應(yīng)用中，一般分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料應(yīng)用兩大方面。 (1)低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用 低溫超導(dǎo)材料