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1、实 验 报 告姓 名：王航 班 级：F0703028 学 号：5070309025 实验成绩：同组姓名：孙鼎成 实验日期：2008.10.20 指导教师：助教35 批阅日期：高温超导材料特性测量实验目的：1 了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。2 了解低温下半导体PN结的伏安特性与温度的关系。3 了解低温实验的测量方法。实验原理：1 高温超导在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。图1 四端引线法四线测量法的方法如图1所示，外两根导线为
2、电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。通常称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变
3、化而变化。所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。2 高温超导材料电性转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度Tc由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度Tconset，零电阻温度Tc0，和中点转变温度Tcm来表示，一般所说的转变温度Tc指的是Tcm高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端，连接恒流电源. 内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表. 这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误
4、差3 PN结伏安特性与温度的关系在半导体理论中可导出PN结的电压V和电流密度J关系J=AT3+r2expqV-VgKBT其中常数r 1，A是比例因子，qVg=Eg，Eg是禁带宽度，Vg 称能隙电压。对上式两边取对数，整理后得到V=kbqlnJA-3+r2lnTT+Vg在正常情况下，V Vg，可见kbqlnJA-3+r2lnT 0.5时，金属的电阻正比于温度T，其中q是德拜温度。hvmaxkB上述结论是对纯金属而言，而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等，它们会对金属造成附加电阻，这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时，金属的总电阻率可表示为=iT+0在液氮温度以上时，iT0，因此有iT。例
5、如，铂的德拜温度为225 K，在63 K到室温的范围内，其电阻近似地正比于温度T。但精密的测量会发现它们偏离线性关系。在液氮正常沸点温度到室温的范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系，可表示为RT=AT+B式中A，B是不随温度变化的常数。铂的性能稳定，电阻的温度系数较高，不易氧化，线性好，复现性好，常被用作温度的精密测量，其测量范围的低温端可达13.81 K。在这里，我们用铂电阻作为测量温度的指示。数据处理：实验中，并没有按照我们预想的做高温超导材料的实验，而是只做了PN结与温度关系实验。实验采用四端接线法，比较简单。老师向杜瓦瓶中倒入液氮，我们小组连接好电路，等到PN结和铂电阻两端的
6、电压稳定后开始测量数据。I = 500 AI = 100 APT(mV)PN(V)PT(mV)PN(V)21.01.03321.01.01428.01.00227.90.97935.00.95835.10.93141.00.93741.00.90445.00.91845.00.88250.00.89349.80.85456.00.86255.90.81963.80.82163.90.77369.70.79069.80.73976.10.75376.70.69183.70.71583.80.65293.00.66493.00.595100.00.625100.10.552I = 50 AI =
7、10 APT(mV)PN(V)PT(mV)PN(V)21.01.00521.00.98427.40.97127.40.94535.20.91835.10.89841.40.89041.30.85745.20.86645.20.82850.00.83750.10.79656.10.80056.20.75564.00.75264.00.70169.70.71669.70.66276.70.67276.80.61383.80.62683.80.56293.10.56793.10.500100.30.521100.30.451I = 5 APT(mV)PN(V)21.00.97527.40.93335
8、.10.88041.30.84045.30.81150.10.77856.20.73564.00.67869.70.63876.80.58783.80.53593.10.472100.30.419为了得到与PT电压相对的温度，我们参照了实验附表的Pt100的分度表。从中我们选取了试验范围内的数据点，得到表格如下。t/PT/mVt/PT/mV18.49-20068.33-8022.80-19072.33-7027.08-18076.33-6031.32-17080.31-5035.53-16084.27-4039.71-15088.22-3043.87-14092.16-2048.00-1309
9、6.06-1052.11-120100.00056.19-110103.901060.25-100107.792064.30-90111.6730将这些数据导入Origin之后进行拟合，得到图线如下。从中看出，表中所给出的数据十分符合线性关系，因此我在这里采用了线性拟合，得到铂电阻的电压-温度方程为T = -247.9288+ 2.47327 *Vpt+273.16。因此，将试验中测出的Vpt带入方程，得到下表：I = 500 AI = 100 APT(mV) T(K)PN(V)PT(mV)T(K)PN(V)21.077.171.03321.077.171.01428.094.481.0022
10、7.994.240.97935.0111.800.95835.1112.040.93141.0126.640.93741.0126.640.90445.0136.530.91845.0136.530.88250.0148.890.89349.8148.400.85456.0163.730.86255.9163.490.81963.8183.030.82163.9183.270.77369.7197.620.79069.8197.870.73976.1213.450.75376.7214.930.69183.7232.240.71583.8232.490.65293.0255.250.66493
11、.0255.250.595100.0272.560.625100.1272.810.552 I = 50 A I = 10 APT(mV)T(K)PN(V)PT(mV)T(K)PN(V)21.077.17 1.00521.077.17 0.98427.493.00 0.97127.493.00 0.94535.2112.29 0.91835.1112.04 0.89841.4127.62 0.89041.3127.38 0.85745.2137.02 0.86645.2137.02 0.82850.0148.89 0.83750.1149.14 0.79656.1163.98 0.80056.
12、2164.23 0.75564.0183.52 0.75264.0183.52 0.70169.7197.62 0.71669.7197.62 0.66276.7214.93 0.67276.8215.18 0.61383.8232.49 0.62683.8232.49 0.56293.1255.49 0.56793.1255.49 0.500100.3273.30 0.521100.3273.30 0.451 I = 5 A PT(mV)T(K)PN(V)21.077.17 0.97527.493.00 0.93335.1112.04 0.88041.3127.38 0.84045.3137.27 0.81150.1149.14 0.77856.2164.23 0.73564.0183.52 0.67869.7197.62 0.63876.8215.18 0.58783.8232.49 0.53593.125
