實驗報告
姓名：湯博班級：f0703028 學號：5070309028 實驗成績：
同組姓名：高陽實驗日期：2008-10-21 指導老師：助教17 批閱日期：
【實驗目的】
1、了解高臨界溫度超導材料的基本電特性和測量方法。
2、了解低溫下半導體pn結的伏安特性與溫度的關係。
3、了解低溫實驗的測量方法。
【實驗原理】
1 結伏安特性與溫度的關係
在半導體理論中可匯出結的電壓和電流密度關係
其中常數，是比例因子，，是禁帶寬度， 稱能隙電壓。
對上式兩邊取對數，整理後得到
在正常情況下，，可見
即v將隨著t的公升高而減小，在流過電流不變的情況下，近似一條直線．圖4給出了pn結在不同電流下兩端電壓與溫度的關係，從圖中可看出：當電流不同時，曲線的斜率也不同，若外延到，它們相交與一點，對應的電壓就是vg．由圖可知，二極體pn結能在很寬的範圍內測量溫度，但由於製造工藝關係，其一致性不是很好，斜率不能唯一確定．
2 金屬電阻
不同的材料，電阻率隨溫度的變化有很大的差別，它反映了物質的內部屬性，是研究物質性質的基本方法之一。當溫度高於絕對溫度時，在金屬中，電子的定向運動受到晶格的散射而呈現出電阻。研究表明，當（t / θ）> 0.
5時，金屬的電阻正比於溫度t，其中θ是德拜溫度。
上述結論是對純金屬而言，而實際上金屬存在雜質、缺陷、位錯等，它們會對金屬造成附加電阻，這部分電阻近似地與溫度無關。在金屬的純度很高時，金屬的總電阻率可表示為
在液氮溫度以上時，，因此有。例如，鉑的德拜溫度為225 k，在63 k到室溫的範圍內，其電阻近似地正比於溫度t。但精密的測量會發現它們偏離線性關係。
在液氮正常沸點溫度到室溫的範圍內，鉑電阻溫度計具有良好的線性電阻溫度關係，可表示為
式中a，b是不隨溫度變化的常數。
鉑的效能穩定，電阻的溫度係數較高，不易氧化，線性好，復現性好，常被用作溫度的精密測量，其測量範圍的低溫端可達13.81 k。
在這裡，我們用鉑電阻作為測量溫度的指示。
【實驗資料記錄、實驗結果計算】
實驗中，並沒有做高溫超導材料的實驗，而是只做了pn結與溫度關係實驗。
測得資料，如下**：
為了得到與pt電壓相對的溫度，我們參照了實驗附表的pt100的分度表。從中我們選取了試驗範圍內的資料點，利用c++程式使用內插法得到**如下：
origin 作圖如下：
從上圖可以看出：電壓與溫度呈線性關係，求得五個能隙電壓v是
擬合資料如下：
linear regression for data1_b:
a 1201.70149 1.39447
b -2.10874 0.00701
r sd n p
-0.99994 1.82918 13 <0.0001
linear regression for data1_d:
a 1202.23832 1.1231
b -2.37404 0.00566
r sd n p
-0.99997 1.47425 13 <0.0001
linear regression for data1_f:
a 1202.50702 1.1479
b -2.4848 0.0058
r sd n p
-0.99997 1.50661 13 <0.0001
linear regression for data1_h:
a 1199.08343 1.6966
b -2.73393 0.00859
r sd n p
-0.99995 2.23089 13 <0.0001
linear regression for data1_j:
a 1198.18304 1.5136
b -2.85226 0.00769
r sd n p
-0.99996 1.99102 13 <0.0001
【對實驗結果中的現象或問題進行分析、討論】
誤差分析：
從上面的實驗資料分析中可以看出，我的兩個實驗結果圖與書中的理論圖比較相似，但是還是有一定的誤差，我將誤差歸結於一下幾點：
（1）測量溫度使用的是鉑電阻，對於鉑電阻，若導線電阻為，將會產生的測量誤差。為了消除或減少引線電阻的影響，通常的辦法是採用三線聯接法加以處理。
與二線制接法相比，三線制接法可以減少實驗誤差（電路如圖1，圖2）：
三線制接法中，，，所以有
而二線制接法中，，所以
由以上兩式得，三線制接法比二線制接法引入的誤差小。
（2）四線制接法誤差分析：因為電壓表內阻很大，則且
因為所以由此可見，引線電阻將不引入測量誤差．
【注意事項】
1． 所有盛放低溫液體的容器不能蓋嚴，必須留有供蒸汽逸出的孔道。
2． 灌入低溫液體時，開始要慢，實驗裝置不要壁。
3． 主要避免低溫液體觸及人體，以免凍傷。
4． 注意保護杜瓦容器。
【思考題】
1． 在測量時，如何判斷銅塊已處在恆溫狀態？
答：當溫度在一段較長的時間不變化的時候我們認為銅塊近似處於恆溫狀態。
2． 降溫和公升溫時測試的曲線可能不重合，是什麼原因？
答：二極體pn結能在很寬的範圍內測量溫度，但由於製造工藝關係，其一致性不是很好，斜率也不能唯一確定。
【相關資料】
1、德拜溫度
德拜早期從事固體物理的研究工作。2023年他改進了愛因斯坦的固體比熱容公式,得出在常溫時服從杜隆－珀替定律,在溫度時和成正比的正確比熱容公式。他在匯出這個公式時,引進了德拜溫度的概念。
每種固體都有自己的值。當時, 固體的熱學性質量子效應顯著；時，量子效應可以忽略。2023年他和p.
謝樂一起發展了用x射線研究晶體結構的方法，採用粉末狀的晶體代替較難製備的大塊晶體。粉末狀晶體樣品經x 射線照射後在照相底片上可得到同心圓環的衍射圖樣（德拜-謝樂環），它可用來鑑定樣品的成分，並可決定晶胞大小。2023年德拜提出用順磁鹽絕熱去磁致冷的方法，用這一方法可獲得1k以下的低溫。
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