高中物理第二冊(cè)半導(dǎo)體及其應(yīng)用超導(dǎo)ppt

1、三、半導(dǎo)體及其應(yīng)用四、超導(dǎo)及其應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo),1、知道什么是半導(dǎo)體、它的電阻率范圍2、了解半導(dǎo)體的應(yīng)用3、知道什么是超導(dǎo)現(xiàn)象，了解相關(guān)名詞4、了解超導(dǎo)的歷史，知道一些重要的物理事件5、知道超導(dǎo)的應(yīng)用，激發(fā)勇于探索前沿科技的精神,復(fù)習(xí)＆引入,復(fù)習(xí)：通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，導(dǎo)體的電阻率和哪些因素相關(guān)呢？一般的規(guī)律又是怎么樣的呢？和材料、溫度相關(guān)。材料的規(guī)律見P154表格；金屬的電阻率一般是隨溫度的升高而升高。從表格，我

2、們可以看出，不同的材料，ρ值的差異很大（達(dá)到百倍）。這種差異會(huì)不會(huì)更大？，ρ還會(huì)隨溫度的變化會(huì)不會(huì)有其它的規(guī)律？本節(jié)我們繼續(xù)探討這些問題——,1、半導(dǎo)體首先，在材料方面，測量表明，大部分的金屬的ρ值均在10?8Ωm~10?6Ωm之間，大部分的非金屬和其它一些絕緣體的ρ值在108Ωm~1018Ωm之間。大家可以計(jì)算，一段長1m、橫截面積1m2的ρ值為1012Ωm絕緣體，加上1V的電壓，電流是多大——☆學(xué)生計(jì)算…10?12A = 10

3、?6μA 。這個(gè)電流是如此地小，所以通?？梢哉J(rèn)為“沒有電流”流過絕緣體。那么，在ρ值為10?5Ωm~107Ωm之間的材料存不存在呢？事實(shí)證明，它們是存在的。它們就是鍺、硅、砷化鎵、銻化銦等材料。它們的物理特征是：導(dǎo)電性界與導(dǎo)體和絕緣體之間，且ρ值隨溫度的變化呈現(xiàn)“反?！币?guī)律。我們把這樣的材料稱為——半導(dǎo)體,二、半導(dǎo)體的特性和應(yīng)用,1、熱敏性*NTC電阻（負(fù)溫度系數(shù)過流保護(hù)元件…）Negative temperature coe

4、fficient的簡稱。負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻材料由高純度過渡金屬M(fèi)n、Cu、Co、Ni等元素的氧化物經(jīng)1200-1400℃高溫?zé)Y(jié)制成，是一種實(shí)際密度接近理論密度的半導(dǎo)體陶瓷。可制作溫度傳感器，以及CWF金屬殼溫控探頭、感應(yīng)器材、測控線路。應(yīng)用于測量設(shè)備、汽車空調(diào)和家用空調(diào)機(jī)、電冰箱、電熱水器、沐浴器、影音周邊設(shè)備、醫(yī)療環(huán)保、氣象、化工、食品、機(jī)械、辦公室自動(dòng)化、復(fù)印機(jī)、手機(jī)電池、充電器、體溫計(jì)、儀器、儀表及溫度檢測、控制，熱敏

5、電阻器及傳感器元器件已取代了國外產(chǎn)品。*還有一類熱敏電阻——PTC電阻，又稱正溫度系數(shù)過流保護(hù)元件，即元件隨著溫度升高電阻迅速提高至環(huán)境溫度下電阻的106~107倍。從而達(dá)到保護(hù)線路的目的。,熱敏電阻應(yīng)用PTC熱敏電阻在電路控制及傳感器中的應(yīng)用晶體管溫度補(bǔ)償電路、測溫控溫電路、過熱保護(hù)電路、孵育箱、電風(fēng)扇、彩卷沖洗、開水壺、電熱水器、電熱毯、日光燈、節(jié)能燈、電池沖電、變壓器繞阻、取暖器、延遲器、壓縮機(jī)、彩電、彩顯、過流保安、液位控

6、制、電子鎮(zhèn)流器、程控交換機(jī)、電子元件老化臺(tái)PTC熱敏電阻在電熱器具中的應(yīng)用：暖風(fēng)機(jī)、暖房機(jī)、干燥機(jī)（柜）、滾筒干衣機(jī)、干手器、吹風(fēng)機(jī)、卷發(fā)器、蒸汽美容器、電飯煲、驅(qū)蚊器、暖手器、干鞋器、高壓鍋、消毒柜、煤油氣化爐、電熨斗、電烙鐵、塑料焊槍、封口機(jī)PTC熱敏電阻在汽車中的應(yīng)用：電器過載保護(hù)裝置、混合加熱器、低溫啟動(dòng)加熱器、燃料加熱器、蜂窩狀加熱器、燃油液位指示器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度檢測表 ）,2、光敏性解釋可以源于化學(xué)鍵的性質(zhì)。光

7、敏電阻是一種薄膜的電子元器件，材料一般為環(huán)氧樹脂，阻值隨著光源強(qiáng)度而變化。應(yīng)用——照相機(jī)自動(dòng)測光、光電控制、室內(nèi)光線控制、光控音樂I.C. 、工業(yè)控制、光控開頭光控?zé)簟㈦娮油婢摺?、二極管的單向?qū)щ娦匀绻麑型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體燒結(jié)，由于兩種半導(dǎo)體載流子的不同，將形成單向?qū)щ娦裕杭础狿接高電勢(shì)N接低電勢(shì)時(shí)電流較強(qiáng)（非線性）、N接高電勢(shì)P接低電勢(shì)時(shí)電流較弱（非線性）。這種特性廣泛應(yīng)用于電子線路中的整流環(huán)節(jié)。即便是在一些

8、簡單的儀器中，也有應(yīng)用，如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器…,4、三極管的放大性將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體燒結(jié)成PNP型組合、NPN型組合（兩個(gè)PN節(jié)的厚度不等），再分別從三快材料中引出三根引線，形成三極管。三極管的重要性能是：集電極電流IC比發(fā)射極電流IE大，而且有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的倍數(shù)，所以可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射極對(duì)集電極電流的控制作用。我們把這種特性稱之為三極管的放大性能。三極管的放大作用在電子線路中非常重要，我們從外界接受到的信號(hào)一般都十分微弱的，只有通過放大，

9、才能為我們所用，這里少不了三極管的功勞。當(dāng)然，一個(gè)完整的電器，其內(nèi)部都是由以上提到的各類元件按設(shè)計(jì)好的電路焊接在電路板上形成的，各元件分工合作，最后才完成了既定的功能。如果將電阻、電容、二極管、三極管這些元件按照既定的電路連接好，然后“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片（主要是硅單晶）上，就形成了“集成塊”。這樣集成塊更方便組成功能更強(qiáng)大的電路。而且，人們對(duì)集成電路的研究，已經(jīng)是它們?cè)絹碓轿⑿突⒐δ軓?qiáng)大化…我們不敢想象，沒有集成電路，一些尖

10、端的應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)、通訊、軍事、航天等，將是多么笨拙和功能低下。,從導(dǎo)電性的角度，我們把材料分為導(dǎo)體、絕緣體，還有半導(dǎo)體。那么，還有沒有導(dǎo)電性更為奇特的材料呢？金屬導(dǎo)體的電阻率一般都會(huì)隨著溫度的升高而升高，隨著溫度的降低而降低，當(dāng)溫度降到足夠低的時(shí)候，情形會(huì)怎樣呢？前面我們從理論的角度解釋電阻定律時(shí)曾經(jīng)說過，促使電子定向移動(dòng)的因素是什么？——☆學(xué)生：電場力。制約電子定向移動(dòng)的微觀因素是什么？——☆學(xué)生：電子的熱運(yùn)動(dòng)。那么我們是不是

11、可以這樣認(rèn)為，當(dāng)溫度足夠低，熱運(yùn)動(dòng)很微弱的時(shí)候，電子受到的阻礙作用會(huì)非常非常小呢？下面大家從事實(shí)的角度、歷史的角度、材料的角度，還有應(yīng)用的角度閱讀一下教材P156~157的內(nèi)容，閱讀完畢后，請(qǐng)同學(xué)們作相關(guān)的總結(jié)——,超導(dǎo)現(xiàn)象：大多數(shù)金屬在溫度降到某一數(shù)值時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)電阻突然降為零的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變溫度：導(dǎo)體由常態(tài)轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)狀態(tài)的溫度，用TC表示。*兩種類型的超導(dǎo)體：a、常規(guī)金屬超導(dǎo)體；b、合金超導(dǎo)體，有兩各轉(zhuǎn)變溫度，而且在兩個(gè)轉(zhuǎn)變

12、溫度之間，磁效應(yīng)和電效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)“不一致”的情形。,二、超導(dǎo)的歷史,四、超導(dǎo)的應(yīng)用,1、優(yōu)越的超導(dǎo)電機(jī)普通發(fā)電機(jī)組中的材料載流量十分有限，由于電路中有電阻，總要發(fā)熱，因此既不經(jīng)濟(jì)又不安全。用超導(dǎo)體制造電機(jī)，完全不發(fā)熱，可以提高載流量，據(jù)專家計(jì)算，用超導(dǎo)體制作電機(jī)，功率可以提高幾十倍。2、省電的超導(dǎo)電路普通的電路由于輸電線的耗能嚴(yán)重，必須經(jīng)過升壓、降壓的程序，而且也不可能作到完全不損耗。超導(dǎo)體導(dǎo)線則能完全解決這個(gè)問題。,3、精密的超導(dǎo)

13、儀器一些精密的儀器，如核磁共振儀、電子顯微鏡等對(duì)磁場有非常嚴(yán)格的要求（強(qiáng)度要高、穩(wěn)定性要高、磁感線分布要理想，有時(shí)還要求很大的尺寸），普通的材料很難達(dá)到要求，超導(dǎo)則能解決這個(gè)問題。4、神速的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)把超導(dǎo)體應(yīng)用于計(jì)算機(jī)將會(huì)迎來科學(xué)史上的一次重大革命。理論研究表明：應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)制成超導(dǎo)器件，其開關(guān)速度可以比當(dāng)前使用的半導(dǎo)體集成電路快十幾~二十幾倍，而且它消耗的電能只有現(xiàn)在普通計(jì)算機(jī)的1% 。,5、超導(dǎo)磁懸浮列車在超導(dǎo)磁懸浮列

14、車的研究中走在最前列十日本。1962年，日本著手設(shè)計(jì)磁懸浮列車，但當(dāng)時(shí)是利用正常導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場時(shí)速達(dá)到307.8km/h ，1997年，日本又試制了超導(dǎo)磁懸浮列車，關(guān)鍵部分是由兩組超導(dǎo)電磁鐵構(gòu)成的，它們能提供極強(qiáng)的磁場，使列車的速度達(dá)到500km/h 。四、小結(jié)本節(jié)講了超導(dǎo)的概念、名詞，相關(guān)的物理學(xué)史，展望了超導(dǎo)的應(yīng)用前景。值得注意的是，超導(dǎo)是一門前沿科學(xué)，還不是很成熟。大家通過學(xué)習(xí)也看到了，超導(dǎo)要真正走上產(chǎn)業(yè)化，道路還比較漫長，所