2022-2023学年高二物理竞赛课件：p-n结

p-n结 p-n结 使p型半导体和n型半导体相接触，或在本征半导体两端各掺入施主杂质和受主杂质，它们交界处的结构称为p-n结。 P区空穴多电子少，n区电子多空穴少，因此p区中的空穴将向n区扩散，n区的电子将向p区扩 散，在交界处形成正负电荷的积累层，在p区的一 侧带负电，在n区的一侧带正电，这一电偶层形成 的电场将遏止电子和空穴的继续扩散，最后达到 动态平衡。 在p-n结处形成一定的电势差 。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 正向连接 p n 当p-n结正 向连接时，外电 场方向与p-n结 中的电场方向相 反，结中电场减 弱，势垒降低， 扩散增强，形成 正向电流。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 当p-n结反向连接 时，外电场方向与p-n 结中的电场方向相同， 结中电场增强，势垒 升高，少数载流子在 电场作用下移动形成 反向电流。 n p 反向连接 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 p-n结的伏安特性 p-n结具有单向导电性，在电路中可以起 到整流作用。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 超导电现象 某些料在温度低于某度时，电阻突然零的现象。具有电性的材料称为体，电阻降为零度称为转变温度界温度。 R/R0 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 T/K 临界温度 低温下汞的电阻温度关系 超导现象 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 对于氧化物超导体，其转变温度范围较宽。 0.9R0 0.5R0 0.1R0 R0 Te Tm Ts 氧化物超导体的转变温度 电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度定义为转变温度。 转变宽度 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 高温超导体的电子显微镜图象 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 1、零电阻 超导体处于超导态时电阻完全消失，若形成回路，一旦回路中有电流，该电流将无衰减地持续下去。 2、临界磁场与临界电流 材料的超导态可以被外加磁场破坏而转入正常态，这种破坏超导态所需的最小磁场强度称为临界磁场。 超导体的主要特性 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 临界磁场的存在，限制了超导体中能够通过的电流。 当通过超导体的电流超过某一电流值时，超导态被破坏， 此电流称为临界电流。 三个临界条件：临界温度、临界磁场、临界电流 正常态 超导态 第Ⅰ类超导体 正常态 迈斯纳态 第Ⅱ类超导体 混合态 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 3、迈斯纳效应——完全抗磁性 在使样品转变为超导态的过程中，无论先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，超导体内的磁感应强度总是为零。 常态 降温 加场 超导 超导 加场 常态 降温 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 4、同位素效应 同位素的质量越大，转变温度越低。同位素效应说明超导不仅与电子状态有关，也与金属的离子晶格有关。 1957年，巴丁（J. Bardeen）、库柏（L.V. Cooper）和施里弗（J.R. Schrieffer）提出一个超导电性的微观理论，称为BCS理论。 从正常态到超导态的转变非常迅速，因此人们设想这种变化应该是电子态的转变，因电子的质量小、反应快；但是同位素效应又说明这种转变与晶格的质量有一定关系。 BCS理论 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 $