半導體與超導體的區別

導體是指允許電流或電荷在其間流動的材料。本文將討論兩種重要型別的導體：半導體和超導體的區別。

什麼是半導體？

半導體是指其導電性介於絕緣體和導體之間的電導體。半導體是透過將雜質原子摻雜到純半導體元素中形成的。這種雜質的加入增強了半導體材料的導電能力。

根據摻雜元素的型別，半導體分為以下兩種型別：

N型半導體是一種半導體材料，其中純半導體（如矽，具有4個價電子）摻雜了五價元素（如砷，具有5個價電子）。

四價矽的四個價電子與砷五個價電子中的四個形成強的共價鍵，釋放出一個自由電子。這些自由電子使半導體富含帶負電荷的自由移動電子，這些電子是半導體材料導電性增加的原因。溫度升高會導致N型半導體材料的導電性增加。

P型半導體也是一種半導體材料，其中純半導體（如鍺，具有4個價電子）摻雜了三價元素（如鋁，具有3個價電子）。

四價鍺的四個價電子與鋁三個價電子中的三個形成強的共價鍵，導致空穴的形成。這些空穴使半導體富含帶正電荷的自由移動空穴，這些空穴是半導體材料導電性增加的原因。溫度升高會導致P型半導體材料的導電性增加。

超導體是指在達到特定閾值溫度時，其導電率高於半導體材料的導電材料。當導電材料的溫度達到特定溫度值時，該材料的電阻率變為零，這就是為什麼它被稱為超導體。

在普通導體中，溫度升高會導致材料電阻增加，溫度降低會導致材料電阻值下降。但在超導體材料中，情況正好相反，溫度值的降低會導致材料的電阻值降至零。

由於超導體材料存在零電阻率，因此不會發生能量損失。據觀察，超導體內部強的電子鍵導致電流在其間增加。

根據超導體導電的溫度條件，它們可以細分為以下兩種型別：

I型超導體是指在正常環境溫度下允許有限電流流動的超導體，但在達到臨界溫度值時，由於材料的零電阻率，它允許無限電流在其間流動。

II型超導體是指在正常環境溫度下不是良導體的超導體，但在達到閾值溫度時，它允許無限電流在其間流動。

下表重點介紹了半導體和超導體之間的重要區別：

引數	半導體	超導體
基本描述	半導體的導電能力介於絕緣體和導體之間。	超導體的導電率高於普通導體，因為它們在臨界溫度下電阻率為零。
型別	根據半導體摻雜的雜質型別，它分為以下兩類： N型半導體 P型半導體	根據溫度依賴性，超導體分為以下兩類： I型超導體 II型超導體
電流承載能力	半導體允許有限電流在其間流動，具體取決於摻雜雜質。	超導體在特定溫度下允許無限電流流動。
導電性	半導體的導電性比導體低。	由於電流流動的電阻率為零，超導體的導電性遠高於導體。
影響導電性的因素	半導體的導電性取決於新增到純半導體材料中的摻雜雜質的數量。	超導體的導電性取決於使用材料的溫度。
電導範圍	半導體的電導範圍介於絕緣體和半導體之間。	超導體的電導範圍大於導體。
室溫下的導電性	在正常室溫下，半導體觀察到導電性。	I型超導體在室溫下顯示非常低的導電性。
能耗	涉及中等能耗。	可忽略不計的能耗。
示例	純原子元素，如矽 (Si) 和鍺 (Ge)，是最常用的半導體材料。	一些超導體的例子包括鋁、汞、鈮、氧化銅鋇等。

總之，半導體和超導體是兩類導電材料，它們的區別在於它們的導電能力。它們之間最顯著的區別在於，半導體的導電性介於導體和絕緣體之間，而超導體的導電水平超過了導體。

Manish Kumar Saini

更新於：2023年3月27日

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