KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

Joonisel 11-9 on esitatud mitmete metallide eritakistuste sõltuvused temperatuurist. Sõltuvused on
lineaarsed, kui esineb kristallmodifikatsiooni muutus, siis muutub eritakistus hüppeliselt.
Joonisel 11-10 on toodud vase eritakistuse sõltuvus erinevate lisandite kontsentratsioonist.
Sõltuvused on lineaarsed, kusjuures erinevad lisandid suurendavad eritakistust väga erinevalt. Vase
puhul mõjutavad eritakistust kõige rohkem P ja Fe.
11.5 Ülijuhtivus
Suuremal osal ülipuhastel metallidel väheneb eritakistus temperatuuri lähenemisel 0 K-le mingile
väikesele väärtusele ρ 0 (joon 12-9). Mõnedel metallidel (nagu joonisel Hg) saab eritakistus peaaegu
võrdseks nulliga juba enne 0 K saavutamist. Selliseid materjale nimetatakse ülijuhtideks ja nähtust
ülijuhtivuseks.
Kõigist tuntud metallidest umbes pooltel esineb ülijuhtivus, kuid ülijuhtivuse tekkimise temperatuur
on erinev ja asub vahemikus 0,01 K (volfram) kuni 9,2 K (nioobium). Ülijuhis praktiliselt puudub
energiakadu. Peale metallide on ülijuhtivus leitud ka mitmetes ühendites, kusjuures tunduvalt
kõrgemal temperatuuril.
Viimastel aastatel on otsitud intensiivselt nn kõrgtemperatuurseid ülijuhte, kus ülijuhtivus tekiks
juba toatemperatuuril või veidi madalamal. Mitmetes keraamilistes materjalides on jõutud
temperatuurini umbes 150 K. Seega tekib neis ülijuhtivus vedela lämmastiku temperatuurist (77 K)
kõrgemal, mistõttu nende jahutamine ülijuhtivuse saavutamise temperatuurini on suhteliselt odav.
Nende materjalide puuduseks on aga see, et nad on väga rabedad ja seetõttu nende kasutamine
juhtidena on keeruline (ei saa tõmmata traati jne).
Ülijuhtivad materjalid on äärmiselt perspektiivsed elektrienergia ülekandmisel, neid kasutatakse
ülijuhtivates magnetites suure energiaga osakeste kiirendamisel, projekteeritavas termotuumaelektrijaamas
jne.
11.6 Pooljuhtmaterjalid
Pooljuhtmaterjalide kõige iseloomulikum omadus on, et nende juhtivus sõltub väga tugevalt
lisanditest, ka väga väikeses kontsentratsioonis.
Pooljuhtide korral tehakse vahet omapooljuhtide (juhtivuse määrab materjali enda elektronstruktuur)
ja lisandpooljuhtide (juhtivuse määravad lisandid) vahel.
Omajuhtivusega pooljuhi tsoonidiagramm 0 K juures oli toodud joonisel 11-5. Valentstsoon on
täidetud elektronidega, juhtivustsoon on tühi. Nende vahele jääb suhteliselt kitsas keelutsoon
laiusega ≤ 2 eV. Enamkasutatavate pooljuhtmaterjalide keelutsooni laiused on:
Si 1,1 eV
Ge 0,7 eV
GaAs 1,4 eV
Elementaarsed pooljuhid (Si, Ge) omavad teemandi kristallvõret, mille KA=4.
Pooljuhtmaterjalide paiknemine elementide perioodilises süsteemis on esitatud joonisel 11-17.
Pooljuhtideks on IVA rühma elemendid Si, Ge ja üks Sn modifikatsioon. Ühendpooljuhtideks on
IIIA ja VA rühma elementidest moodustunud ühendid ning IIA ja VIA rühma elementidest
moodustunud ühendid.
57