半导体和超导体有什么区别和相同处?他们分别有什么作用

半导体和超导体有什么区别和相同处?他们分别有什么作用
半导体和超导体有什么区别和相同处?他们分别有什么作用

半导体和超导体有什么区别和相同处?他们分别有什么作用
顾名思义：导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,叫做半导体（semiconductor）．
用处：最早的实用“半导体”是「电晶体（Transistor）/ 二极体（Diode）」.
一、在 无电收音机（Radio）及 电视机（Television）中,作为“讯号放大器 /整流器”用.
二、近来发展「太阳能（Solar Power）」,也用在「光电池（Solar Cell）」中.
三、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,分辨率可达0.1摄氏度,甚至达到0.01度也不是不可能,线性度0.2%,测温范围-100~+300摄氏度,是性价比极高的一种测温元件.
物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等.我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料,如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等,称为绝缘体.而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体.可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体.与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可.
1911年,荷兰科学家卡末林—昂内斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞,当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度.根据临界温度的不同,超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料.但这里所说的「高温」,其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度.1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性.经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料.
用处：超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能.
由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场.而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大.
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等.
超导发电机 在电力领域,利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯,并且几乎没有能量损失,这种发电机便是交流超导发电机.超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50％.
磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助.磁流体发电发电,是利用高温导电性气体（等离子体）作导体,并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电.磁流体发电机的结构非常简单,用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用.
超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器,从而把电力几乎无损耗地输送给用户.据统计,目前的铜或铝导线输电,约有15%的电能损耗在输电线路上,光是在中国,每年的电力损失即达1000多亿度.若改为超导输电,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂.
广阔的超导应用
高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用.大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等.
超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性,将超导材料放在一块永久磁体的上方,由于磁体的磁力线不能穿过超导体,磁体和超导体之间会产生排斥力,使超导体悬浮在磁体上方.利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车.
超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列,但密集排列的电路在工作时会发生大量的热,而散热是超大规模集成电路面临的难题.超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作,不存在散热问题,同时计算机的运算速度大大提高.此外,科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管,甚至完全用超导体来制作晶体管.