Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors Introduction 물질의 전기저항 종류 전기 전도도의 온도 의존성으로 부터 명확히 구분됨 금속: 전기저항이 온도증가에 따라 증가 반도체: 전기저항이 온도에 따라 감소 초전도체: 금속과 같은 온도의존성을 보이다가 특정온도 이하에서 전기저항이 영 본 프로젝트 금속과 반도체, 초전도체의 전기저항 (전도도)의 온도 의존성 측정 금속: 온도계수 결정 반도체: Band gap 결정 초전도체: 임계온도 결정 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 금속의 전기 전도도 개요 전도대(conduction Band)내의 준 자유전자(quasi-free electron) 자유전자 모델 가전자를 자유입자(이상기체)로 다룸 vD: drift velocity (충돌에 의해 멈출 때 까지의 평균속도) mobility 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 금속의 전기 전도도 이론 자유전자 모델: 실제 실험결과: 차이의 원인: 격자 진동(phonon)에 의한 전자의 회절 온도계수 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 반도체의 전기전도도 이론 Excitation of electrons from valance band to conduction band Conduction band Valence band 도체(금속) 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 개요 초전도 현상 임계온도 이하에서 전기저항이 사라지는 현상 1911년 H.K.오네스가 최초로 수은에서 발견 액체 헬륨으로 냉각시키면서 전기저항을 조사했더니 절대영도보다 약간 높은 온도인 4.2 K에서 전기저항이 없어져 버리는 현상을 발견 초전도체 초전도 현상을 보이는 물질 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 이론 초전도체 특성 임계온도 Tc 상전도 상태에서 초전도 상태로 전이가 일어나는 온도 임계자기장 임계온도이하의 온도 일지라도 임계자기장 Hc 이상의 자기장이 걸릴 경우 상전도 상태가 됨 Resistance Temperature Tc 초전도체 일반금속 상전도 상태 초전도 상태 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 이론 초전도체 특성 마이스너 효과 초전도 상태에서 초전도체 내부의 자기장이 0이 되는 현상 표면전류에 의해 완전반자성 상태가 됨 자기장을 외부로 밀어냄, 자기부상 1933년 Meissner와 Oschenfeld가 밝힘 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 이론 초전도체의 종류 Superconductor Normal conductor Temperature Tc Magnetic field Hc Type I Normal conductor Mixture of Normal and superconductor Superconductor Tc Temperature Magnetic field Hc1 Hc2 Type II TC 아래에서 물질 전체가 초전도 상태가 됨 순수금속 들 낮은 임계온도 (Hg: 4.153 K, Ta: 4.47, Nb: 9.46 등) 냉각: 액체헬륨 사용(액화온도 4.2 K) TC 아래에서 초전도와 상전도 상의 혼합상태가 존재함 합금 Type I 보다 높은 임계온도 냉각: 액체헬륨 사용 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 이론 고온 초전도체 Ceramic 물질/Type II Georg Bednorz and Alex Muller 최초 1886 사건 30 K의 임계온도를 가진 lanthanum-barium-copper oxide ceramic in 1986 with Tc of 30 K. 냉매: 액체질소(액화온도 77 K) 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 초전도체의 전기전도도 이론 BCS THEORY 1975년 John Bardeen, Leon Cooper, and Robert Schrieffer가 최초로 초전도 원인규명 격자진동에 한 전자쌍(Copper pair) 의 형성 Copper pair는 Boson임. 같은 에너지 레벨에 밀집될 수 있음 e 에너지 레벨 e Band gap 인력 Band gap 보다 낮은 열 에너지 하에서는 전자들의 충돌이 일어나지 않음 저항이 영이 됨 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 금속 및 반도체 장치개요 시편(Novle metal, semiconductor) 586 80/82 Temperature range: - 80° C to + 400° Resistance at 20 °C: 100 Ohm approx. Resistance change within the specified temperature range: 1 : 3.5 Novle metal (586 80) Temperature range: - 80° C to + 200° Resistance at 20 °C: 200 Ohm approx. Resistance change within the specified temperature range: 1 : 10000 Semiconductor (586 82) 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 금속 및 반도체 장치개요 온도 조절장치: Electric oven(555 81)+Safety connection box(502 061) Electrically heated, ceramic oven with cylindrical heating chamber and hole for temperature measurement. Temperature: max. 600 °C 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 금속 및 반도체 장치개요 온도센서(666 193) + 온도박스(524 045) NiCr-Ni thermocouple. Measurement range: - 200 to + 1100 °C 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 금속 및 반도체 장치개요 저항 측정 시편에 일정전류 가한 후 전압을 측정하여 저항계산 Current supply box(524 031) 일정전류 공급 및 전압측정 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 금속 및 반도체 절차(컴과 연결, 제공된 소프트웨어 이용) Sensor CASSAY(524 010) + CASSAY lab software(524 200) 온도에 따른 저항 변화 기록 524 031 524 045 524 010 524 200 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 초전도체 장치개요 저항측정세트 (667 552) 시편: YBa2Cu3O7-x 4-point measurement Current source (250 mA) 전압 측정(UR) 온도측정(UT ):Iridium resistor 냉각: 액체질소 온도측정: thermistor 667 552 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 실험 초전도체 저항측정 저항측정세트 + Sensor CASSAY + CASSAY lab software 온도 T 와 와 저항 UR 사이의 관계 측정 물성측정 및 실습

Proj.1 Electric conductivity in metals , semiconductors and superconductors 분석 금속 온도 vs 저항 그래프 Curve fitting with 반도체 온도 vs 저항 그래프 (log-log 그래프) 초전도체 온도 vs 저항 그래프에서 임계온도 결정 저항계수 0oC 에서의 저항 물성측정 및 실습