1、貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所固體物理學(xué)固體物理學(xué)與與半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué)張晉敏張晉敏貴州大學(xué)理學(xué)院電子科學(xué)系貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所教材教材： 黃昆原著，韓汝琦改編：固體物理學(xué)固體物理學(xué) -高等教育出版社 劉恩科：半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué) - 國(guó)防工業(yè)出版社主要參考書主要參考書： 1. 方俊鑫，陸棟：固體物理學(xué)固體物理學(xué)，上，下冊(cè) -上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2. 蔣平，徐至中：固體物理學(xué)固體物理學(xué) -上海科學(xué)技術(shù)出版社 3. 基泰爾 (Charles Kittel)：固體物理導(dǎo)論固體物理導(dǎo)論 -科學(xué)出版社 C. Kittel Introduct

2、ion of Solid State Physics 7th John Wiley & Sons, Inc.,1996 教材與參考書教材與參考書貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所內(nèi)容提要內(nèi)容提要晶體幾何結(jié)構(gòu)理論晶體幾何結(jié)構(gòu)理論(第一章) 晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性，倒格子固體原子物理固體原子物理(第二、三章) 晶體結(jié)合，晶格振動(dòng)固體電子物理固體電子物理(第四、五和六章) 能帶理論，金屬電子論，半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué)(劉恩科，第一至五章) 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，缺陷理論，載流子統(tǒng)計(jì)理論，半導(dǎo)體導(dǎo)電，非平衡載流子貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 掌握良好的物理思想和熟練的數(shù)學(xué)處理方法； 注

3、意基本知識(shí)、基礎(chǔ)概念的準(zhǔn)確掌握； 學(xué)習(xí)各種模型的建立方法與處理問(wèn)題的思路，注意處理過(guò)程中所用到的近似方法； 在理解的基礎(chǔ)上記憶。學(xué)習(xí)固體物理的方法學(xué)習(xí)固體物理的方法貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所課程學(xué)習(xí)要求課程學(xué)習(xí)要求 上課認(rèn)真聽(tīng)講，課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí) 按時(shí)完成作業(yè) 上網(wǎng)查閱相關(guān)資料 考核方法： 作業(yè) 20%，考勤10%，課堂考查10%，期末考試60%.貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所一、固體物理學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史一、固體物理學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 人類歷史的發(fā)展是從使用、制造固體材料固體材料工具開(kāi)始的： 石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代、鋼鐵時(shí)代、高分子時(shí)代、信息時(shí)代 早期，人們對(duì)固體材料的物理性能固體材

4、料的物理性能如熔點(diǎn)、硬度、機(jī)械強(qiáng)度、磁性、摩擦生電等有了基本的了解， 但其基本的科學(xué)規(guī)律一直未能求解。 工業(yè)革命后，自然科學(xué)發(fā)展迅速，電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、晶體學(xué)等學(xué)科進(jìn)步神速，在一定程度上為固體物理學(xué)固體物理學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1611年，開(kāi)普勒就思考雪花雪花為什么是六角形六角形？ 1827年，歐姆經(jīng)過(guò)對(duì)不同固體材料的導(dǎo)電性固體材料的導(dǎo)電性研究建立了歐姆定律歐姆定律. 1830年布拉菲（A.Bravais）建立了晶體結(jié)構(gòu)的空晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō). 1843年，法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨溫度的升高電阻隨溫度的升高而下降而下降. 1895年居里（P.

5、Curie）在研究了不同材料的磁性材料的磁性之后建立了居里定律居里定律.貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1895年倫琴倫琴(W.L.Ronrgen)發(fā)現(xiàn)了X射線射線 . 1900年普朗克普朗克（M.Planck）提出了能量量能量量 子化子化思想，并推導(dǎo)了黑體輻射公式. 1902年勒納德勒納德(Lanerd)發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的基本規(guī)律：電子的最大速度與光強(qiáng)無(wú)關(guān). 1905年愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦(A.Einstein)發(fā)表光量子假光量子假 說(shuō)說(shuō)：解釋了光電效應(yīng). 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1906年愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦發(fā)表關(guān)于固體熱容固體熱容的量子理論. 1907年外斯外斯(P.E.

6、Weiss)發(fā)表關(guān)于磁性的分分 子子場(chǎng)理論場(chǎng)理論，提出了磁疇磁疇的假說(shuō). 1908年昂尼斯 (H.K.Onnes) 液化液化了最后一種氣體氦氦，達(dá)到4.2K的低溫. 1911年，昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性低溫下汞。鉛，錫等失去了電阻 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1912年：勞厄勞厄（M.V.Laue）提出X射線衍射射線衍射方案，弗里德里希（W.Friedrich）和尼平 （P.Knipping）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了x射線的波動(dòng)性。 1913年布拉格父子(W.H.Bragg and W.L.Bragg) 發(fā)明了x射線衍射儀，建立了布拉格公布拉格公式式，從而可以測(cè)定固體物質(zhì)的晶格常數(shù)測(cè)定固體

7、物質(zhì)的晶格常數(shù)。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1913年玻爾玻爾建立了氫原子結(jié)構(gòu)理論氫原子結(jié)構(gòu)理論. 1915年愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦建立了廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論 1919年巴克豪森發(fā)現(xiàn)磁疇發(fā)現(xiàn)磁疇. 1921年瓦拉塞克（H.Valassic）發(fā)現(xiàn)鐵電性鐵電性. 1924年德布羅意德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性波粒二象性. 1925年泡利泡利（W.Pauli）發(fā)表不相容原理不相容原理。同年，海海森伯森伯建立量子力學(xué)的矩陣力學(xué)矩陣力學(xué)，烏倫貝克（G.E.Uhlenbeck）和高德斯密特（W.S.A.Goudsmit）提出電子自旋電子自旋假說(shuō).貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1926年 薛定

8、諤薛定諤（E.Schrodinger）發(fā)表量子 力學(xué)的波動(dòng)力學(xué)波動(dòng)力學(xué)，并證明波動(dòng)力學(xué) 與矩陣力學(xué)是等價(jià)的。 正因?yàn)橛辛?9世紀(jì)末、20世紀(jì)初一系列輝煌的發(fā)現(xiàn)，特別是量子力學(xué)和相對(duì)論的建立，到20世紀(jì)世紀(jì)2030年代年代固體物理成為了一門獨(dú)立的科學(xué). 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所二、固體物理的產(chǎn)生二、固體物理的產(chǎn)生 19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，金屬電導(dǎo)理論、晶體微觀模型、晶格振動(dòng)理論、固體磁性理論取得了重要進(jìn)展。 科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了固體物理學(xué)的發(fā)展，固體物理學(xué)作為一門新學(xué)科在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)誕生了。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所1、金屬電子論 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：金屬導(dǎo)電規(guī)律如歐姆定律（電壓、電

9、流與電阻之間的關(guān)系）、維德曼-夫蘭茲定律（電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率之間的關(guān)系）等，已經(jīng)可以解釋不少物理現(xiàn)象。 1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)電子。 1900年特魯?shù)绿佤數(shù)?Drude)提出了第一個(gè)固體理論模型第一個(gè)固體理論模型特魯?shù)伦杂呻娮託饽Ｐ? 成功成功解釋了金屬的歐姆定律歐姆定律和維德維德曼曼-夫蘭茲定律。夫蘭茲定律。 但不能解釋不能解釋許多其他的物理現(xiàn)象：電子電子比熱，固體磁化率比熱，固體磁化率等。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1925年，泡利泡利提出不相容原理. 1926年費(fèi)米費(fèi)米（E.Feimi）狄拉克狄拉克（P.A.M.Dirac）獨(dú)立提出量子統(tǒng)計(jì)量子統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。 1927年，索末菲

10、索末菲（H.Sommofei）認(rèn)為金屬里的電電子子應(yīng)該服從費(fèi)米狄拉克量子統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律量子統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，由此得出了費(fèi)米面、費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米面、費(fèi)米能級(jí)等重要概念。 但仍未能說(shuō)明霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)的變化規(guī)律、電阻與溫度的關(guān)系電阻與溫度的關(guān)系等。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所2、晶格振動(dòng)理論 1819年 杜隆杜隆(P.L.Dulong)帕替帕替(A.T.Petit)根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)了一條規(guī)律：固固體的比熱體的比熱Cv是一個(gè)與溫度是一個(gè)與溫度T無(wú)關(guān)的常數(shù)無(wú)關(guān)的常數(shù)（約為3R=6 卡/度克原子）。 后來(lái)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度下降，比熱下降， T 0 K, Cv 0貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究

11、所 1907年，愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦提出了量子的熱容量理論，愛(ài)因斯坦假設(shè)晶體中所有的原子振動(dòng)的頻率是一樣的，則有: Cv exp(1/T)，當(dāng)，當(dāng) T 0 K, Cv 0的結(jié)果。的結(jié)果。 愛(ài)因斯坦的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)有所不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：果是： Cv T3貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1912年，德拜德拜修正了量子熱容量理論，認(rèn)為晶格振動(dòng)是連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波彈性波，得出的結(jié)論是：低溫下，比熱與溫度的三次方成正比，即德拜定低溫下，比熱與溫度的三次方成正比，即德拜定律。律。 玻恩和馮卡門玻恩和馮卡門（Born and T.v.Katman）建立了簡(jiǎn)單晶格的動(dòng)力學(xué)方程晶格的動(dòng)力學(xué)方程，提出了聲子

12、聲子的概念，為晶格動(dòng)力學(xué)理論大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所3、晶體結(jié)構(gòu)理論與實(shí)驗(yàn)方法 1912年，勞厄勞厄提出：晶體的相鄰原子的間距與 x射線的波長(zhǎng)是同一數(shù)量級(jí)，則x射線射線通過(guò)晶體晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射衍射。 弗里德里希（W.Friedrich）和尼平（P.Knipping）進(jìn)行了X射線衍射實(shí)驗(yàn)射線衍射實(shí)驗(yàn)，將一塊亞硫酸銅晶體放在一束準(zhǔn)直了的x射線中，而在晶體后面一定距離放了照相機(jī)底片。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶軸與x射線同向時(shí)，底片上出現(xiàn)了規(guī)則排列的黑點(diǎn)規(guī)則排列的黑點(diǎn)。從而證實(shí)了x射線的波動(dòng)性和晶射線的波動(dòng)性和晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣的正確

13、性。 1913年布拉格父子(W.H. and W.L.Bragg) 建立了布拉格公式： 2dsin=n 正確解釋了晶體的x射線的衍射圖樣衍射圖樣。從而可以測(cè)測(cè)定定固體物質(zhì)的晶格常數(shù)晶格常數(shù) 。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 勞厄與布拉格父子的工作勞厄與布拉格父子的工作成為了晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。 從此以后，世界上的所有固體物質(zhì)所有固體物質(zhì)都可以用x射線衍射射線衍射技術(shù)測(cè)定其原子內(nèi)部的排列情況測(cè)定其原子內(nèi)部的排列情況。 目前，科學(xué)家已經(jīng)積累了上百萬(wàn)種物質(zhì)的x射線衍射圖。從單質(zhì)元素、化合物、高分子到生物大分子的螺旋結(jié)構(gòu)，都可以測(cè)定。 在此基礎(chǔ)上，又發(fā)展了多種衍射技術(shù)：如電子衍射

14、技術(shù)、中子衍射技術(shù)等，對(duì)固體的結(jié)構(gòu)有了全面的認(rèn)識(shí)。 可以說(shuō)，x射線衍射技術(shù)是固體物理學(xué)的一個(gè)開(kāi)端射線衍射技術(shù)是固體物理學(xué)的一個(gè)開(kāi)端。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所4、固體的磁性 1905年，法國(guó)物理學(xué)家郎之萬(wàn)郎之萬(wàn)(P.Langevin) 發(fā)表關(guān)于順磁性的經(jīng)典理論順磁性的經(jīng)典理論: 順磁性是物質(zhì)原子的固有磁矩在外磁場(chǎng)中取向排列的結(jié)果。 溫度升高，順磁性減小溫度升高，順磁性減小。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1907年法國(guó)物理學(xué)家外斯外斯(P.E.Weiss)發(fā)表關(guān)于磁性的分子場(chǎng)理論分子場(chǎng)理論，提出了磁疇磁疇的假說(shuō)： a、鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在強(qiáng)大的等效磁場(chǎng)分子場(chǎng)，可以使內(nèi)部各區(qū)域磁化。

15、 b、存在磁疇。外磁場(chǎng)的作用是使不同磁疇的磁化強(qiáng)度矢量取向一致。 郎之萬(wàn)郎之萬(wàn)和外斯外斯的工作成為了系統(tǒng)的磁性理論的開(kāi)始。磁性理論的開(kāi)始。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所三、固體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)三、固體物理學(xué)的理論基礎(chǔ) 1926年量子力學(xué)誕生，成為描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。 量子力學(xué)創(chuàng)始人之一的海森伯及其學(xué)生布洛赫（布洛赫（F.Bloch）最先將量子力學(xué)應(yīng)用到固體物理領(lǐng)域。最先將量子力學(xué)應(yīng)用到固體物理領(lǐng)域。 隨后，經(jīng)布里淵（A.Brillouin）、朗道（.）、莫特（N.F.Mott）、佩爾斯（R.E.Peierls）、威爾遜(A.H.Welson)、賽茲(F.Seitz)、威格納(E.

16、P.Wigner)等的努力，固體物理學(xué)發(fā)展成為了一門新興學(xué)科。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 布洛赫1925年時(shí)（時(shí)年20歲）接觸了量子力學(xué)。 1927年他到萊比錫大學(xué)海森伯處攻讀博士學(xué)位，海森伯讓他用量子力學(xué)處理： a. 鐵磁性理論揭示外斯場(chǎng)的本質(zhì)。 b. 金屬電導(dǎo)解決特魯?shù)潞退髂┓莆唇鉀Q的問(wèn)題。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 19281930年布洛赫解決了第二個(gè)問(wèn)題，海森伯解決了第一個(gè)問(wèn)題。 布洛赫認(rèn)為：金屬中的電子，是在離子中運(yùn)動(dòng)的，不能忽略離子的影響。他用量子力學(xué)的觀點(diǎn)，處理了金屬中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：)()()()(Rruruerurkkrk ikk布洛赫定理布洛赫定理貴州大學(xué)

17、新型光電子材料與技術(shù)研究所 布洛赫定理為現(xiàn)代固體理論奠定了基礎(chǔ)。 固體中的電子是按照能帶進(jìn)行分布排列的，稱為能帶理論。 1931年，威爾遜建立了金屬和絕緣體相區(qū)別的能帶模型，并預(yù)言在金屬和絕緣體之間存在半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 海森伯海森伯建立了固體磁性量子理論固體磁性量子理論： 認(rèn)為交交換積分是分子場(chǎng)的主要來(lái)源換積分是分子場(chǎng)的主要來(lái)源；交換積分在鐵磁性中作用巨大。 1931年布洛赫布洛赫提出自旋波自旋波的概念，進(jìn)一步發(fā)展了鐵磁理論。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所四、固體物理學(xué)的主要研究領(lǐng)域四、固體物理學(xué)的主要研究領(lǐng)域 介電物理 鐵電物理 晶體物理 半導(dǎo)體物理 鐵

18、磁物理 超導(dǎo)物理 納米物理 非晶物理 尤其是半導(dǎo)體物理、磁性物理、晶體物理、介電物理方面的發(fā)展，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代！ 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所五、半導(dǎo)體物理發(fā)展簡(jiǎn)況五、半導(dǎo)體物理發(fā)展簡(jiǎn)況 1837 法拉第觀察到硫化銀硫化銀有負(fù)的電阻溫度系數(shù)負(fù)的電阻溫度系數(shù)。同年，布勞恩（F.Braun）第一次觀察到整流效整流效應(yīng)。應(yīng)。1879 霍爾（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 1883 弗立茲（C.E.Fritts）制成了硒整流器 1911 梅里特（E.Merritt）制成了硅整流器 1926 鍺整流器問(wèn)世 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所1945年 Bell Lab成立固體物理研究

19、組：研究人員有巴?。↗.Bardeen）肖克利(B.Shockley)、摩爾(H.R.Moor)等。 1946 高質(zhì)量的鍺單晶問(wèn)世1947 鍺接觸三極管（Transistor） 1950 鍺結(jié)型三極管（PNP或NPN型） 1952 高質(zhì)量硅單晶問(wèn)世 1954 Integrated Circuit（IC）問(wèn)世貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所1958 IC 集成度10個(gè)元件/cm2 1978 IC 集成度10萬(wàn)個(gè)元件/cm2 1999 IC 集成度10000萬(wàn)個(gè)元件/cm2 摩爾定律成立： 集成度每18個(gè)月提高一倍貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 高純(99.999999%)、大口徑（300毫

20、米） 的硅材料及高質(zhì)量的III-V族化合物半導(dǎo)體 材料是制備所有IC的最重要的物質(zhì)。 硅單晶直徑： 1英寸（1950s） 4英寸(1960s) 6英寸(1970s) 8英寸(1980s) 10英寸 (1990s) 12英寸(2000) 16英寸（研究中）貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 全世界高純單晶硅產(chǎn)量約4000噸，年產(chǎn)IC 數(shù)百億塊，直接間接產(chǎn)值10000億美元。 從航天飛機(jī)、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、 CD、VCD、DVD及各種微型電子設(shè)備到精 密制導(dǎo)武器、大型超視距雷達(dá)、各種戰(zhàn)略 核導(dǎo)彈等等，均是以高速、大容量的IC為 基礎(chǔ)建成的。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 六、相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展

21、簡(jiǎn)史六、相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展簡(jiǎn)史1、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史： 1945 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世： 每秒運(yùn)算5000次、體積100立方米 1970s 大型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度： 1000萬(wàn)次/秒 1999 ： 10 億次/秒 美克雷機(jī)、中銀河機(jī)貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所2、微型計(jì)算機(jī)發(fā)展： 1981 IBM-PC 主頻 1 MHz 1982 IBM-PC/XT 主頻 2 MHz 1984 IBM-PC/AT 主頻 4 MHz 1985 386計(jì)算機(jī) 主頻 16 MHz 1989 486計(jì)算機(jī) 主頻 64 MHz貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所1993 Pentium計(jì)算機(jī) 主頻 133 MHz 1996 P-

22、II計(jì)算機(jī) 主頻 256 MHz 1999 P-III計(jì)算機(jī) 主頻 500 MHz P-IV計(jì)算機(jī) 主頻 1.3 GHz 2002 P-IV計(jì)算機(jī) 主頻 1.9 GHz 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所3、磁性記錄發(fā)展簡(jiǎn)況 1889 鋼絲式磁錄音機(jī)的實(shí)用化（丹麥）1928 Fe3O4微粒涂布式磁帶（德國(guó)） 1935 環(huán)型磁頭德發(fā)明（日本） 1953磁帶裝置在計(jì)算機(jī)外圍存儲(chǔ)設(shè)備中應(yīng)用（美國(guó)） 1957 磁盤裝置在計(jì)算機(jī)中德應(yīng)用（美國(guó)）貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所19741977 日本開(kāi)始垂直磁記錄研究 1979 小型磁盤（compact disc）問(wèn)世 （荷蘭Philip公司） 1982

23、 涂布式Ba鐵氧體（垂直磁化）磁帶 問(wèn)世 1988 巨磁阻（GMR）效應(yīng) 1994 GMR磁頭問(wèn)世（IBM公司） 1996 數(shù)字式Video磁盤商品化貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所現(xiàn)代磁盤的記錄面密度從1960年起，年均增加30%。從1991年起，年均增加60%。 1980 2 Mbit/in2 1984 20 Mbit/in2 1988 100 Mbit/in2 1994 1000 Mbit/in2 2000 34 GBit/in2 2002 80 GBit/in2 2010 1000 GBit.in2貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所4、超導(dǎo)物理研究進(jìn)展 1911年荷蘭物理學(xué)家卡麥琳昂

24、內(nèi)斯（H. Kamerlingh Onnes）研究水銀在低溫下的電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低至4.2 K以下后，水銀的電阻突然消失，呈現(xiàn)零電阻狀態(tài)。 昂內(nèi)斯便把這種低溫下物質(zhì)具有零電阻的性能稱為超導(dǎo)電性(superconductivity)。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 后來(lái)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了十多種金屬（如Nb、Tc、Pb、La、V、Ta等）都有這種現(xiàn)象。 到1986年，人們已發(fā)現(xiàn)了常壓下有28種元素、近5000種合金和化合物具有超導(dǎo)電性。 常壓下，Nb的超導(dǎo)臨界溫度Tc9.26 K是元素中最高的。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 有的元素只有在高壓下(例如Cs、Ba、Bi、Y、Si、Ge等)或

25、淀積在低溫襯底上(例如Bi)才會(huì)呈現(xiàn)超導(dǎo)電性。 在合金和化合物中，臨界溫度最高的是Nb3Ge，Tc23.2K。 隨后，人們還發(fā)現(xiàn)了氧化物超導(dǎo)材料和有機(jī)超導(dǎo)材料。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 30年代建立了較完整的超導(dǎo)理論基礎(chǔ)， 50年代又出現(xiàn)了BCS超導(dǎo)微觀理論，發(fā)現(xiàn)了鈮基超導(dǎo)金屬間化合物。 60年代初期，一門新的技術(shù)低溫超導(dǎo)技術(shù)出現(xiàn)了。對(duì)在大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)條件下使用超導(dǎo)體所遇到的一些問(wèn)題才有比較正確的基本了解。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 尋找高臨界溫度超導(dǎo)材料之路 1932年發(fā)現(xiàn)Tc為11K的NbC， 1941年發(fā)現(xiàn)Tc為15K的NbN， 1953年發(fā)現(xiàn)TC為17K的NbN0.7

26、C0.3。 這些都是具有NaCl結(jié)構(gòu)或B-1結(jié)構(gòu)的材料，可以說(shuō)是第一代高TC超導(dǎo)材料。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1953年發(fā)現(xiàn)Tc為17K的V3Si， 1954年發(fā)現(xiàn)Tc為18K的Nb3Sn， 1973年發(fā)現(xiàn)Tc為23.2K的Nb3Ge， 這些都是具有鎢結(jié)構(gòu)或A15結(jié)構(gòu)的材料，可以說(shuō)是第二代的高Tc超導(dǎo)材料。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 從1973年到1986年，Nb3Ge一直是Tc的最高材料。圍繞尋找高Tc超導(dǎo)材料，對(duì)固體中電子聲子作用，低維固體等做了許多工作。 但20多年過(guò)去了，在各類合金、化合物中找到的超導(dǎo)材料其TC最高也僅為23.2 K。怎樣打破這一僵局?科學(xué)家們開(kāi)始另

27、辟途徑，關(guān)注的目光落到了氧化物超導(dǎo)材料上。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1964年發(fā)現(xiàn)SrTiO3-x； 1965年發(fā)現(xiàn)NaxWO3； 1973年發(fā)現(xiàn)了Li1-xTi2-xO4； 1975年發(fā)現(xiàn)的BaPb1-xBixO3；這些材料Tc13K，引起科學(xué)界的一定興趣，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明它的費(fèi)米能量狀態(tài)密度雖很低，但竟還有相當(dāng)高的Tc，發(fā)表了不少文章討論它的超導(dǎo)電性的微觀機(jī)理。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1986年4月，貝德諾茲和繆勒觀察到在La-Ba-Cu-O化合物中，近于35K時(shí)就出現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的跡象，但零電阻是在12K才得到的。 隨后他們又實(shí)驗(yàn)證明了材料有邁斯納效應(yīng)。 這一發(fā)現(xiàn)不僅打

28、破了當(dāng)時(shí)具有A15結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度23.2K的最高紀(jì)錄，更重要的是在人們面前展現(xiàn)了一種具有新型結(jié)構(gòu)的氧化物超導(dǎo)材料。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 正是由于他們開(kāi)創(chuàng)性的工作，在世界范圍內(nèi)掀起了一場(chǎng)超導(dǎo)熱浪，并為這一領(lǐng)域中帶來(lái)突破性進(jìn)展。美國(guó)、中國(guó)和日本的科學(xué)家隨即都發(fā)現(xiàn)La2-xSrxCuO4有比La2-xBaxCuO4更高的TC。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1987年2月，美國(guó)休斯敦大學(xué)的朱經(jīng)武教授宣布找到了TC93K的氧化物超導(dǎo)材料。 同月21日和23日，中國(guó)科學(xué)院物理所趙忠賢、陳立泉和日本的S. Hikami等人也都獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)Y-Ba-Cu-O化合物的Tc90K。

29、 中國(guó)學(xué)者率先公布了超導(dǎo)材料的化學(xué)成份。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1987年底，馬依達(dá)(H. Maeda)等人發(fā)現(xiàn)Bi-Sr-Ca-O化合物系列有115K的高TC相。隨后證實(shí)了它的組成是Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x。 同時(shí)，盛正直和赫曼(Z. Z. Sheng, A. H. Hermann)發(fā)現(xiàn)Tl-Ba-Ca-Cu-O化合物系列。 后來(lái)，在T1系中得到了Tc125K的相，并證實(shí)其組成是Tl2Ba2Ca2Cu3O10+y。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 La基，Y基，Bi基和T1基這四種高TC氧化物超導(dǎo)材料都是銅氧化物，而且導(dǎo)電類型都是空穴型的。 1988年發(fā)現(xiàn)了電子型

30、導(dǎo)電的銅氧化物超導(dǎo)材料： Na2-xCexCuO4和Nb2-x-yCexSryCuO4，以及非銅氧化物材料Ba1-xKxBiO3。 貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 1993年5月司麒麟(A. Schilling)和普特林(S. N. Putilin)等人又成功地合成了Hg-Ba-Ca-Cu-O氧化物超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)134K。 貝德諾茲和繆勒的發(fā)現(xiàn)，不僅使超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高了幾十度，更重要的是為新超導(dǎo)體的探索研究開(kāi)辟了新的道理，將超導(dǎo)體從金屬、合金和化合物擴(kuò)展到氧化物陶瓷。貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所貴州大學(xué)傅興華教授研究小組自1999年開(kāi)始從事超導(dǎo)研究工作。（YBCO, MgB2）在超導(dǎo)研究方向獲國(guó)家自然科學(xué)基金資助兩項(xiàng)和國(guó)家發(fā)明專利一項(xiàng)1）高溫超導(dǎo)多層膜的布圖技術(shù)研究，國(guó)家自然科學(xué)基金，2002.12004.122）硼化鎂超導(dǎo)多層膜的雙加熱器原位氣相化學(xué)沉積方法研究，國(guó)家自然科學(xué)基金貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所晶體實(shí)例晶體實(shí)例 Si片貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 SrTiO3貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 ZnO貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所 LiGaO2貴州大學(xué)新型光電子材料與