8-1-1 半導體 8-1 半導體 、雷射、超導體 8-1-3 超導體 8-1-2 雷射

8-1-1 半導體 2 of 17 半導體是「導電能力」介於金屬導體和絕緣體之間的一種材料。 例如：矽、鍺、砷化鎵等晶體 製作半導體的方式是將上述晶體內加入微量的雜質原子，可以「改變它的導電能力」。 利用半導體材料，可製成二極體、電晶體等電子零件。

8-1-1 半導體 3 of 17 「二極體」有把交流電改為直流電的整流能力。 「電晶體」具有放大交流電訊號的能力 這兩種元件體積非常小，使電子產品的「微型化」成為可能。

8-1-1 半導體 4 of 17 電晶體自1947年發明後，造成電子工業革命。 1958年後，又發展出積體電路技術，按照設計的電路，將需要的電晶體、二極體、電阻、電容等零件製作在邊長數毫米、如紙薄的晶片上。 每一個小晶片都是完整的電路，故稱為積體電路(IC)。

8-1-1 半導體 5 of 17 電路的進展： 1940年真空管電路：體積最大、耗電最高、不穩定 1950年電晶體電路：體積小、耗電低、穩定 1958年積體電路(IC)：體積最小、耗電最低、穩定 一片晶圓就可以生產出數十個積體電路(IC)小晶片，所以IC能大量生產，故成本大為降低。 積體電路使電器能「輕、薄、短、小」，為生活帶來許多便利。

8-1-1 半導體 6 of 17 習題8-1 (1)半導體在導電能力上與導體、絕緣體有何差異？ (2)二極體與電晶體各有何重要功能? (3)何謂IC技術？ 解： (1)半導體的導電能力介於導体、絕緣體之間。 (2)二極體整流；電晶體放大交流電訊號 (3)IC積體電路(integrated circuit)技術

8-1-2 雷射 7 of 17 英文全名是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫為LASER。 雷射是用量子力學知識得到的重大發明之ㄧ。 1958年，美國人湯斯提出構想。1960年，由美國人的梅曼成功利用紅寶石製成紅光雷射。 其後數年內，其他物理學家陸續發明用不同材料製成發出不同顏色的雷射光。

8-1-2 雷射 8 of 17 雷射光具有準直性、光度強、光束不發散的特性。 雷射可以應用在工程、工業、醫學、軍事、商業、科學研究…等許多方面。 雷射在工程上的應用： 測量直線 利用雷射的準直性導引隧道工程開挖的方向。 測量距離 利用雷射光從光源至目標物來回反射的時間便能計算出兩點間的距離。 註：1969年，美國在登陸月球時裝置反射鏡，藉此反射雷射光測得地球與月球的距離

8-1-2 雷射 9 of 17 雷射在工業、醫學上的應用： 切割工具 可將雷射光能量集中在挾小範圍，因此可作為方便有效的高熱源，例如二氧化碳雷射。 在工業上，雷射用於金屬的切割和精密加工。 在醫學上，可當作手術刀使用，不但精密，而且由於切口的燒烙作用，幾乎不會出血。 如：雷射近視手術或利用光纖導引到體內做內視鏡手術可將病變組織燒除、汽化。同理可以除疤、除胎記、除紋身等。

8-1-2 雷射 10 of 17 雷射在軍事上的應用： 雷射在生活上的應用： 雷射導引 精靈炸彈利用紅外線雷射光的導引，能自動調整飛行方向朝向目標，進行精確的轟炸任務。 雷射在生活上的應用： 超級市場 利用雷射光掃描包裝盒上的條碼。 影音光碟 利用雷射光聚焦在光碟片上打洞，將數位資料存入光碟，也可從光碟中讀取數位資料。(圖中小洞大約微米尺寸)

8-1-2 雷射 11 of 17 習題8-1 (4)和普通光相比，雷射光有何主要特性？ (5)除了課文中所舉有關雷射光的應用例子外，試從日常生活中舉出一見應用雷射光的實例。 解： (4)光度強、光束不發散。 (5)雷射筆(LASER pointer)

8-1-3 超導體 12 of 17 1911年，荷蘭物理學家翁內斯利用液態氦發現超導現象。 (液態氦沸點為-269℃或4K) 常溫下，所有物體都有電阻，但某些物體若冷卻至轉變溫度以下時，其電阻會完全消失，此時稱該物體進入超導態。 在超導態時，若在其內引發電流，則此電流可持續流轉不息，不會衰減，稱永久電流。

8-1-3 超導體 13 of 17 1933年以後，德國物理學家麥士納發現超導體另外具有完全的反磁性，即對外加磁場會產生排斥作用，普通磁鐵上方的超導體，因排斥作用而懸浮上方。

8-1-3 超導體 14 of 17 零電阻的特性可應用於傳輸電線、強力馬達、高效率發電機等。 但是當時發現金屬的轉變溫度都極低，得用昂貴的液態氮來冷卻，不合經濟效益。 在1986年以後，發現新型的金屬氧化物超導材料，其轉變溫度大幅提高到-148℃，故稱為高溫超導體，但質脆不易製成線狀，為其缺點。 高溫超導只需要用廉價的液態氮(沸點-196℃或77K)作為冷卻劑，提高了應用價值。科學家還在努力尋找是否有室溫超導體。

8-1-3 超導體 15 of 17 超導體內所能承受的電流也有上限，稱臨界電流。超過此上限，超導態立刻消失，恢復成有電阻的正常態，使初期的超導研究頗受挫折。 現今的高溫超導體，其轉變溫度較高、臨界電流較高，因此具有較高的實用價值。 現今高溫超導體已經在應用的方面有： 超強磁鐵、醫療用的核磁共振MRI、磁浮列車…等。

8-1-3 超導體 16 of 17 習題8-1 (6)何謂超導體？其主要特性為何？ (7)超導體中，何謂臨界電流？ (8)何謂高溫超導體？ 解： (6)溫度低於轉變溫度時物體電阻消失現象，其電阻為零、可引發永久電流、具完全反磁性。 (7)超導體內可承受的最大電流，超過此上限，超導現象消失，物體回復原來有電阻的狀態。 (8)轉變溫度較高的超導體。

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