ПРЕЗЕНТАЦИЯ На тему «Полупроводники и сверхпроводники»

Скачать презентацию  На тему «Полупроводники и сверхпроводники» Скачать презентацию На тему «Полупроводники и сверхпроводники»

156867.pptx

  • Размер: 3.7 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 22

Описание презентации ПРЕЗЕНТАЦИЯ На тему «Полупроводники и сверхпроводники» по слайдам

ПРЕЗЕНТАЦИЯ На тему «Полупроводники и сверхпроводники»      Выполнила: Е. К.ПРЕЗЕНТАЦИЯ На тему «Полупроводники и сверхпроводники» Выполнила: Е. К. Бузаева

Полупроводникии — материалы , по своей удельной проводимости  занимающие промежуточное место между проводникамиПолупроводникии — материалы , по своей удельной проводимости занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками , и отличающиеся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения

Основное свойство полупроводника - увеличение электрической проводимости с увеличением температуры. Полупроводниками являются вещества, ширинаОсновное свойство полупроводника — увеличение электрической проводимости с увеличением температуры. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (э. В). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а арсенид индия — к узкозонным. Ширина запрещённой зоны — это ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона. Величина ширины запрещённой зоны имеет важное значение при генерации света в светодиодах и полупроводниковых лазерах и определяет энергию испускаемых фотонов. К числу полупроводников относятся многие химические элементы: Si кремний, Ge германий, As мышьяк, Se селен, Te теллур. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира являются полупроводниками.

Для получения полупроводника с дырочной проводимостью в него внедряют элемент с тремя электронами наДля получения полупроводника с дырочной проводимостью в него внедряют элемент с тремя электронами на внешней оболочке, например, индий (In), электроны которого могут заполнить только 3 ковалентные связи из 4. В результате около атома индия образуется дырка, а в полупроводнике – дырочная проводимость. Такая примесь называется акцепторной, а полупроводник – p-типа (от слова positive – положительный). Примесь, которая образует свободные электроны, называется донорной, а полупроводник с такой примесью называется полупроводником n-типа (от слова negative – отрицательный).

Включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный основными носителями заряда,Включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область, а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению потенциального барьера и ширины p-n перехода. Основные носители заряда не смогут преодолеть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее — являются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обратным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным.

Полупроводниковый диод – это p-n переход,  вставленный в герметичный корпус. Диоды предназначены дляПолупроводниковый диод – это p-n переход, вставленный в герметичный корпус. Диоды предназначены для выпрямления переменного тока. Основными характеристиками полупроводниковых диодов являются рабочая частота, прямой ток и обратное напряжение. -обозначение диода на схемах, высокочастотный диод, применяется в радиоустройствах — низкочастотный маломощный диод, применяется в блоках питания промышленной и бытовой радиоаппаратуры — низкочастотный мощный диод, применяется в выпрямителях в промышленных установок —

Сверхпроводники - вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк электрическое сопротивлениеСверхпроводники — вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк электрическое сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость. За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных (Li, Na, К и др. ), щёлочноземельных (Са, Sr, Ba, Ra) и ферромагнитных (Fe, Co, Ni и др. ) металлов, большая часть остальных металлических элементов является сверхпроводниками.

1883 - сжижение азота Зигмунт  Врублевски  Кароль Ольшевски 1883 — сжижение азота Зигмунт Врублевски Кароль Ольшевски

1898 - жидкий водород Джеймс Дьюар 1898 — жидкий водород Джеймс Дьюар

В 1893 году проблемой сверхнизких температур стал заниматься голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес. В 1893 году проблемой сверхнизких температур стал заниматься голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес.

8 апреля 1911 года он обнаружил, что при 3 градусах Кельвина (около -270 °C)8 апреля 1911 года он обнаружил, что при 3 градусах Кельвина (около -270 °C) электрическое сопротивление ртути практически равно нулю. Следующий эксперимент показал, что резкий скачок сопротивления до нуля происходит при температуре около 4, 2 К (позднее измерения показали, что эта температура равна 4, 15 К). График такого поведения сопротивления в зависимости от температуры приведен на рисунке.

Первое теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано в 1935 году Фрицем и Хайнцем Лондоном. Первое теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано в 1935 году Фрицем и Хайнцем Лондоном. Более общая теория была построена в 1950 году Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбургом. Лев Давидович Ландау Виталий Лазаревич Гинзбург

Впервые сверхпроводимость получила объяснение на микроскопическом уровне в 1957 году в работе американских физиковВпервые сверхпроводимость получила объяснение на микроскопическом уровне в 1957 году в работе американских физиков Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Джон Роберт Шриффер Леон Нил Купер. Джон Бардин

Критическая температура Сверхпроводимость возникает скачком при понижении температуры. Температура T c , при достиженииКритическая температура Сверхпроводимость возникает скачком при понижении температуры. Температура T c , при достижении которой происходит скачок, называется критической. Внимательное исследование показывает, что такой переход наблюдается в некотором интервале температур. Вид «сверхпроводящего перехода» . Зависимость сопротивления от температуры для образца 1 (более «чистого» ) и 2 (более «грязного» ). Критическая температура T c обозначает середину перехода, когда сопротивление падает наполовину по сравнению с нормальным состоянием. Начало падения — T c 0 , конец — T ce

Металлы, их температура сверхпроводящего перехода, T к К,  год опубликования обнаружения сверхпроводимости Металлы, их температура сверхпроводящего перехода, T к К, год опубликования обнаружения сверхпроводимости

Критическое магнитное поле в сверхпроводниках, характерное значение напряжённости магнитного поля Н к , вышеКритическое магнитное поле в сверхпроводниках, характерное значение напряжённости магнитного поля Н к , выше которого происходит полное или частичное проникновение магнитного поля в сверхпроводник. При Н < Н к магнитное поле в сверхпроводник не проникает, его экранирует поверхностный сверхпроводящий ток.

Сверхпроводники I рода Для сверхпроводников I рода характерны скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние иСверхпроводники I рода Для сверхпроводников I рода характерны скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля, при которой наблюдается этот переход. Значения критической температуры Т к и критической напряженности магнитного поля Н к у них малы, что затрудняет их практическое применение.

Сверхпроводники II рода переходят в сверхпроводящее состояние не скачкообразно, как сверхпроводники I рода, аСверхпроводники II рода переходят в сверхпроводящее состояние не скачкообразно, как сверхпроводники I рода, а в некотором интервале температур. Значения Т к и Н к у них больше, чем у сверхпроводников I рода. Соответственно для сверхпроводников II рода различают нижнее критическое поле Н к 1, верхнее критическое значение поля Н к 2.

Любой сверхпроводник I рода можно превратить в сверхпроводник II рода, если создать в немЛюбой сверхпроводник I рода можно превратить в сверхпроводник II рода, если создать в нем достаточную концентрацию дефектов кристаллической решетки. Например, у чистого олова Т к = 3, 7 К, но если вызвать в олове резко неоднородную механическую деформацию, то критическая температура возрастет до 9 К, а критическая напряженность магнитного поля увеличится в 70 раз.

Жесткие сверхпроводники Сверхпроводники II рода, имеющие структурные неоднородности (дефекты решетки, примеси), называют «жесткими» Жесткие сверхпроводники Сверхпроводники II рода, имеющие структурные неоднородности (дефекты решетки, примеси), называют «жесткими» сверхпроводниками. Часто «жесткие» сверхпроводники II рода выделяют в самостоятельный класс — сверхпроводники III рода. Для этих материалов характерно большое количество дефектов структуры (неоднородности состава, вакансии, дислокации и др. ), которые возникают благодаря специальной технологии изготовления, например при пластическом деформировании, протяжке и т. д. Их применяют для изготовления обмоток магнитов сверхпроводящих и других целей. Существенным недостатком жёстких сверхпроводников является их хрупкость, сильно затрудняющая изготовление из них проволоки или ленты для обмоток сверхпроводящих магнитов. Особенно это относится к соединениям типа V 2 Ga, Nb 3 Sn и др.

Высокотемпературные сверхпроводники  В настоящее время все вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние условно разделяютВысокотемпературные сверхпроводники В настоящее время все вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние условно разделяют на две большие группы: низкотемпературные и высокотемпературные сверхпроводники. К низкотемпературным сверхпроводникам относят сверхпроводники, у которых Т к 25 К. К таким сверхпроводникам относятся некоторые металлы и сплавы, ряд полупроводников и интерметаллических соединений типа Nb. N, Ta. C. В 1986 были открыты высокотемпературные сверхпроводники, у которых Т к выше температуры жидкого азота, равной 77 К. К ним относятся сложные соединения — керамика на основе оксида меди и другие оксидные сверхпроводники.

Перспективы практического применения сверхпроводимости были очевидны давно, но первые сверхпроводники требовали низких температур иПерспективы практического применения сверхпроводимости были очевидны давно, но первые сверхпроводники требовали низких температур и могли проводить лишь небольшие токи; при превышении критической плотности тока сверхпроводимость разрушалась. Реальные применения сверхпроводимости стали возможными только после существенного прогресса в науке и технике – к 1970 -м годам. Спектр применений сверхпроводников удобно разделить на относительно маломощную электронику (быстродействующие вычислительные устройства, детекторы магнитного поля и излучений, оборудование для связи в микроволновом диапазоне) и силовые применения (кабели, токоограничители, магниты, моторы, генераторы, накопители энергии). В силовых применениях сверхпроводники позволяют снизить энергопотери и сократить массогабаритные показатели оборудования. Отсутствие электрического сопротивления позволяет использовать сверхпроводники для эффективной передачи электроэнергии. Замена медной обмотки в транформаторах на сверхпроводящие провода позволит уменьшить потери электроэнергии на 80 -90% и снизить общую массу примерно в 2 -3 раза. Исключение трансформаторного масла делает сверхпроводниковый трансформатор пожаробезопасным и экологически безупречным. Бóльшая устойчивость к работе при перегрузках позволит заменить традиционный трансформатор менее мощным сверхпроводниковым, а уменьшенное старение изоляции из-за низких рабочих температур и отсутствия температурных градиентов позволит увеличить время эксплуатации.




  • Мы удаляем страницу по первому запросу с достаточным набором данных, указывающих на ваше авторство. Мы также можем оставить страницу, явно указав ваше авторство (страницы полезны всем пользователям рунета и не несут цели нарушения авторских прав). Если такой вариант возможен, пожалуйста, укажите об этом.