什么是“半导体”和“超导体”?

什么是“半导体”和“超导体”?,第1张

半导体( semiconductor)指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。

超导体(英文名:superconductor),又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。在实验中,若导体电阻的测量值低于一个极小值,可以认为电阻为零。

半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。

人类最初发现超导体是在1911年,这一年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)等人发现,汞在极低的温度下,其电阻消失,呈超导状态。此后超导体的研究日趋深入,一方面,多种具有实用潜力的超导材料被发现,另一方面,对超导机理的研究也有一定进展。

扩展资料:

超导体基本特性:

一、完全导电性

完全导电性又称零电阻效应,指温度降低至某一温度以下,电阻突然消失的现象。完全导电性适用于直流电,超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下,会出现交流损耗,且频率越高,损耗越大。

二、完全抗磁性

完全抗磁性又称迈斯纳效应,“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下,磁力线无法穿过超导体,超导体内部磁场为零的现象,“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项 *** 作的顺序可以颠倒。

三、通量量子化

通量量子化又称约瑟夫森效应,指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时,电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象,即在超导体(superconductor)—绝缘体(insulator)—超导体(superconductor)结构可以产生超导电流。

参考资料来源:

百度百科—超导体

百度百科—半导体

因为超导体没有电阻,在电流流过时就不会因为发热而损失电能,因此采用超导电线可以实现远距离无损耗输电,这样电站就可以远离居住区,使我们的生活区更加洁净。 超导体中每平方厘米可以流过几十万安培的强大电流,因而可产生很强的磁场而且消耗的电能很少。日本用超导体产生17。5万高斯的强磁场,加上冷却用电也仅为15KW。这种强磁场是实现受控热核反应的关键之一。 用超导体制成的超导发电机的功率可比目前发电机高100倍以上;超导磁悬浮列车的时速每小时已达550公里;高速超导电子计算机的计算速度每秒可达几百亿次以上。 超导体有可能为我们这个世界带来新的技术革命,所以目前世界各国都把超导研究列为重点攻关项目,以期早日迈入超导时代。迄今为止,已有8位科学家因为研究超导体而获得了诺贝尔奖。 半导体材料 我们日常用的铜、铁、铝等,都很容易导电,因而叫做导体;而橡胶、塑料等几乎不导电,因而叫做绝缘体。如果某物质不是导体,那它就一定是绝缘体吗?答案是否定的。在导体和绝缘体之间还存在大量半导体,其导电能力居中,并且随温度升高而增大,随温度下降而减小。 半导体分三种:本征半导体、p型半导体和n型半导体。 不含杂质的纯净半导体叫本征半导体,它的导电能力很差。为了提高纯质半导体的导电能力,常常在本征半导体中掺入少量杂质。如在硅中掺入硼,硅原子周围就形成可移动的空穴,这就是P型半导体;如果在硅中掺入磷, 材料中就会出现多余电子,这就是n型半导体。它们各有自己的特性,常常联合使用。人们为了获得所需要的半导体,就必须制得纯净的本征半导体。 目前,人们所获得硅的纯度已达14个9,即99。999999999999%。这是人类材料史上的一个奇迹。 半导体材料有许多奇妙用途,在各个领域发挥重要的作用,无论是收音机、电视机,还是大型计算机、工业电气化系统,都离不开半导体材料。 半导体材料是制造电子元件的主要材料,而我们用的收音机、电视机、电子游戏机以及工业用的电子计算机、机器人等,都是由无数的电子元件构成的。半导体材料制成的电子元件不仅功能强、效果好,而且重量轻、寿命长、耗电省。1946年,美国研制出世界上第一台电子计算机,使用了18000个真空电子管,1500个继电器,重量达30吨,占地面积170平方米,真是一个庞然大物。而现在运算速度比它快得多的微型计算机,还没有一张书桌大。 电子元件的发展已经历了四个时代,1947年美国的布拉坦和同事制成了晶体管,这是第一代。晶体管因性能优于电子管而被广泛使用。1962年,在一小块硅片上制成了几个元件组成一个小型电路,这就是小型集成电路。集成电路体积小而功能大,因而迅速发展起来。1965年发展到中规模集成电路,指甲大的一块硅片上可制作上百个元件。1968年出现了大规模集成电路,在5~7平方毫米的硅片上制成了上万个元件。1979年日本在6平方毫米的硅片上制成了15万个元件,这就是超大规模集成电路。目前人们正在研制三维集成电路。前几代集成电路都是平面式的,像一排排的平房。而三维集成电路则像高楼大厦,在一层元件上再重叠一层元件,这样,每个元件与周围元件的联络构成一个空间网络,便于信息的传递和处理。用这种三维集成电路也许可以模拟人脑的思维,如果是这样,那么我们就可以制造出会思考、会自行解决问题的机器人了。 半导体材料具有良好的光电转换效应,是制造光电电池的好材料。有了廉价高效的光电电池,我们才能充分利用清洁的太阳能。有些半导体材料的温差电动势很大,能直接把热能转换为电能。这种温差发电机适用于缺电的边远地区。在宇宙飞行器、导航设备上也用到它。 半导体材料还用于制造激光器。激光方向性好,能量集中,在现代各个行业都得到广泛应用。大功率的激光武器为各国所重视。用半导体制成的发光二极管,在光纤通讯方面有重要用途。光纤通讯比微波通讯效果更好,一条光缆可载上亿门电话。人们预计,光计算机将比电子计算机运算速度快几十倍。 半导体材料经过几十年的发展,已历经三代,最早人们用锗,但锗元件的寿命和效果都不大理想,人们转而重视开发硅,目前硅已成为应用最广泛的半导体材料。为了在高温、高频领域取得进展,人们又看重砷化镓。它是砷在高温下和镓结合生成的化合物,是高频、高温电子元件的理想材料,它必将在巨型计算机、高效机器人、激光、光纤通讯等方面发挥重要作用


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