實驗報告
姓名：張偉楠班級：f0703028 學號：5070309108 實驗成績：
同組姓名：周元劍實驗日期：2008.10.13 指導老師： 助教17 批閱日期：
1 了解高。臨界溫度超導材料的基本電特性和測量方法。
2 了解低溫下半導體結的伏安特性與溫度的關係。
3 了解低溫實驗的測量方法。
1 高溫超導
在低溫測量時，為了減少漏熱，樣品的測量引線又細又長，引線的電阻與樣品的電阻相比不可忽略，對超導樣品來說，引線的電阻要大很多。為了減小引線電阻和接觸電阻對測量帶來的影響，通常採用四線測量法。
四線測量法的方法如圖1所示，外兩根導線為電流端，可以流過較大的測量電流，一般採用恆流源共電。電流的大小可用標準電阻的電壓算出。內兩根導線為電壓端，引線中流過的電流極小，這樣就可以避免引線電阻和接觸電阻帶來的測量誤差。
圖一四端接線法
在直流低電壓測量中，如何判斷和修正亂真電勢帶來的影響是十分重要的。實際上，由於材料的不均勻性和溫差，就有溫差電勢的存在。通常稱為亂真電勢或寄生電勢。
我們只要用一段短的導線把數字電壓表短接，用手靠近其中乙個接線端來改變溫度，我們就會看到數字電壓表讀數的變化。在低溫實驗中，待測樣品和感測器處在低溫中，而測量儀表處在室溫中，因此它們的連線線處在溫差很大的環境裡，並且沿導線的溫度分布還會隨著低溫液體液面的降低、低溫容器的移動等變化而變化。所以在涉及直流低電壓測量的實驗中，判定和消除亂真電勢的影響是實驗中乙個十分重要的步驟。
2 高溫超導材料電性
轉變溫度並不是只由溫度決定，只有保持在外磁場、流經電流和應力等值足夠低時，超導樣品的轉變溫度被稱為超導臨界轉變溫度．由於一般上述條件不能完全滿足（比如地磁場），而且超導轉變往往有乙個區域，因此引入起始轉變溫度，零電阻溫度，和中點轉變溫度來表示，一般所說的轉變溫度指的是．
高溫超導體樣品超導特性的測量採用如圖1所示的四端接法，外兩根導線為電流端，連線恆流電源. 內兩根導線為電壓端，連線內阻非常高的電壓表. 這樣可以避免引線電阻和接觸電阻帶來的測量誤差．
3 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．
4 熱電偶
2023年塞貝克發現由兩種不同金屬組成的封閉迴路，當兩個接點的溫度不同時，電路中會出現電動勢，這個現象稱為塞貝克效應。其產生的電動勢稱為熱電勢或溫差電勢。熱電偶溫度計的基本原理就是物理中的塞貝克效應。
圖2 熱電偶
熱電偶基本結構如圖2所示。它由兩種金屬導線a、b組成，導線a的一端與導線b的一端焊接，形成熱電偶的工作端，用它與被測物體保持熱接觸，焊點的溫度為t1。用來連線測量儀表的兩根導線c是同樣的材料，與熱電偶的自由端連線，自由端的溫度t2穩定不變，所以又稱為參考端。
參考溫度可以是水的三相點（273.16 k），液氮（ln）的沸點（77.35 k），或液氦（）的沸點（4.
2 k）等。如果熱電偶工作端與參考端的溫度不等，則有溫差電動勢產生。溫差電勢的大小只與工作端與參考端的溫差及電極材料有關，與電極的長度，直徑無關。
熱電偶製作簡單，測溫端體積小、熱容小、響應快，故得到廣泛應用。但靈敏度不夠高，一般不用於作高精度測量。在液氮至室溫溫區常用銅-銅鎳熱電偶，在液氦溫度至室溫溫區可使用鎳鉻－金鐵熱電偶。
銅-銅鎳熱電偶被人們廣泛用來測量77 k至273 k的溫度。這種熱電偶材料容易做得均勻，且熱電勢穩定，有良好的復現性，在一般的實驗室條件下即可製作。本實驗就用銅-銅鎳熱電偶產生熱電勢，通過查表法求得溫度（實驗室提供）
5 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。
pn節電壓及pt100電壓的資料表如下：
將pt100電壓換算成溫度之後的資料表如下：
做出電壓與溫度的關係圖如下：
說明： 其中每組的第6個資料點的測量有較大的誤差，所以在圖中刪去。
origin直線擬合結果如下：
[2008-10-13 20:34 "/graph1" (2454752)]
linear regression for data1_f:
y = a + b * x
parameter value error
a 1.19508 0.00204
b -0.00284 1.11945e-5
r sd n p
-0.99993 0.0023 11 <0.0001
[2008-10-13 20:35 "/graph2" (2454752)]
linear regression for data1_g:
y = a + b * x
parameter value error
a 1.19704 0.00227
b -0.00273 1.24732e-5
r sd n p
-0.99991 0.00256 11 <0.0001
[2008-10-13 20:35 "/graph3" (2454752)]
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