专利名称：实现超导电性和超导热性的方法
技术领域：
本发明涉及电、电子物理和材料的导热，涉及材料在接近室温和更高温度的零电阻现象也就是超导电性(hyperconductivity)以及零热阻现象也就是超导热性 (superthermoconducivity)0本发明可以使用在纳米电子学、微电子学、无线电工程和电气工程、运输系统中。本发明实现了在接近室温和更高的温度形成材料的零电阻和材料的零热阻(也就是，超导电性和超导热性)的新的物理机理。超导电性是材料具有零电阻的状态。该状态(即，超导电态)在超导电转变温度Oh)和更高温度出现并存在于位于电极之间的包含电子振动中心(EVC，electron vibration centers)的半导体材料中。当电极之间的材料被加热到温度Th之上时存在超导电性，它们是超导电体或超导电材料。超热传导性，或超导热性，是材料具有零热阻的状态。该状态，超导热性的状态或超导热态，在超导电转变温度Th和更高温度出现并存在于电极之间的包含电子振动中心 (EVC)的半导体材料中。超导电性和超导热性是材料的相互束缚态，不能彼此分离地实现。这由以下事实限定，在电子振动中心已经输入到材料中之后，电子和声子在高于Th的温度变得彼此强束缚并且强束缚到EVC。结果，在EVC浓度梯度的条件下或在电势梯度、电场或温度梯度的影响下，电子和声子一起进行跃迁-从一个EVC到另一个EVC的电子振动跃迁。这些电子振动跃迁是量子跃迁，它们发生而不耗费能量，由此，电极之间的材料的电阻和热阻变为零， 通过这实现了超导电性和超导热性。当加热材料至Th时材料变成超导电态的现象发生，这表示超导电性的现象或超导电性的技术效果。与超导电性同步地，超导热性的状态出现在材料中。材料变成超导热状态的现象表示超导热性的现象或超导热性的技术效果。超导电性和超导热性的现象或效果在超导电转变温度Th同时地显现，它们不能彼此分离，它们在高于Th的温度一起存在。本发明基于材料的原子中原子核的自激(固有，I-)弹性振动的使用以及材料和结构中这种振动的波，其来源是电子振动中心(EVC)。换句话说，本发明基于材料的原子中原子核的I-振动和这种振动的波与电子、空穴和材料的声子的有效相互作用的现象来实现超导电性和超导热性。在此关系中，可以说本发明涉及非绝热固态电子学的新发展领域。不同于现有的、传统的且当前主导的绝热电子学(其忽略原子核和电子之间的能量交换)，非绝热电子学有效地在科学和技术应用中使用该能量交换。
背景技术：
材料在低温转变成具有零电阻的状态被公知为超导(superconductivity)现象。 超导现象在1911年被发现[1]。超导可以仅在某些材料中并且仅在已知的条件下看到，也就是当材料的温度低于超导转变温度T。，电流密度和磁场强度都低于各自的临界值Jk和 Ηκ[2-4]。临界值T。、JjnHK的存在限制了超导的技术应用。丄和氏的值取决于温度，并随着温度升高接近T。而趋向于零。最初的超导体具有低的T。值4. IK(水银-Hg)、7. I(铅-Pb)。 在1967年，已经发现铌、铝和锗的化合物的合金中的超导性具有T。^ 20K。在1986年， Bednorz和Mueller已经发现具有T。^ 40K的一类金属氧化物。随后，发现了许多类高温超导体，超导转变温度已经提高到13I-134K。对于具有四方或正交单位晶格的某些分层超导体的 Tc 值具有以下值(LahSrx)2Cu04-37. 5K ；Bi2Sr2CaCu208-80K ；Bi4Sr4CaCu3014-84K ； YBa2Cu307-90K ；Tl2Ba2Cu06-90K ；HgBa2Cu04-94K ；TlBa2CaCu207_103K ；Bi2Sr2Ca2Cu3O10-I IOK ； Tl2Ba2CaCu2O8-112K ；HgBa2CaCu20_121K ；Tl2Ba2Ca2Cu3010-125K ；HgBa2Ca3Cu4010-127K ； !^8 &201308-1331(。对于具有正交单位晶格的某些材料(包括基于富勒烯(A3C6tl)的某些材料)的 Tc 值具有以下的 Tc 值K3C6tl-19K ；Rb3C60-29K ；Ba1^xKxBiO3-SOK ；RbCs2C6(1-33K。如从这些数据可见，最高的T。值属于层状类钙钛矿的金属氧化物。最近，已经在经受激光处理的化合物SrRuO3中观察到在约200K温度的超导[5]， 以及在[6]中利用在固体中反应的方法产生的材料(Sn5In)Bii4Ca2CUl(10Y，该固体具有以下组
分
SnO99.9%(AlfaAesar )4.64摩尔In2O399.9%(AlfaAesar)0.96摩尔CaCO399.95%(AlfaAesar)1.38摩尔BaCuOx99.9%(AlfaAesar)5.98摩尔CuO99.995%(AlfaAesar )3.29摩尔具有这些成分的化学计量比组分的混合物已经成为粒状并在830°C烘烤36至60 小时，之后它在氧气流中在500°C烧制10小时。应当指出，在所有类的超导材料中的超导性已经用实验方法发现，没有理论预测， 实际上是“摸索地”。对于超导材料的这种研究在继续。作为本发明的原型，合理的是选择实现提供T。的最高值=156K…164K(其在化合物HgBa2Ca2Cu3O8中在多个GI^a的压力下可达到W])的超导的方法，以及选择这样的方法 [5]其中具有特定化学计量组分的材料经受热处理并在氧气气氛中烧制且直到Τ。= 212Κ 的温度，推测直到Τ。= 250Κ，表现出超导性。现在，实际任务是建立和发展在接近室温及以上实现超导的方法，这将允许超导器件工作而不用冷却或加热。现在这项重要的任务正在通过尝试化学组分和材料处理技术的组合来解决，也就是仍然在“摸索搜寻”具有高Τ。值的新超导材料。确定且毫无疑问地认为，在Τ。以下的温度，材料将是超导的。正好在T < Tc预期超导是常规地基于可获得的经典数据。超导现象的已知物理模型也是基于超导态在低于Τ。的温度存在。此外，一项重要任务是形成到超导电体的电接触(电极)，其不会恶化超导性并将使特定的电流流过超导体以及测量器件和系统中的超导体的电势。至今还没有研究出完全正确的超导体的理论，但是已提出许多物理机理以解释该现象。这些机理当中的主导位置被声子机理占据，其描述由于这些电子之间通过虚拟声子的能量交换导致导电电子成对地彼此吸引，随后“电子对”出现。这些“电子对”中的能量束缚电子定义了 τ。的值。该机理取决于由Bardin、Cooper和khriffer的超导体的公知理论(BCS理论)[7]的建立，然而其不能解释在实验中观察到的高T。值。高温超导的问题还没有被解决，甚至，单纯对于在接近室温及甚至更高温度实现超导的可能性本身还没有被证实。同样，在如此高温度实现超导性的主要可能性的缺少也没有被证实。假设，材料中粒子(particle)的热运动(其随着温度(T)升高而增强)打破“电子对”中电子的相互吸弓丨，在高于T。的温度，超导态消失。在此关系中，可以理解，超导性仅在将材料冷却至低于 Tc的温度是可能的，在高于T。的温度下的超导性是不可能。这样，实现超导性的已知方法的主要特征、本发明的模拟(analog)和原型的模拟的特征是使用具有特定化学组分的凝聚材料，其被按经验选择；在某些情形下(如在原型的情形中)其经受全面(all-sides)的压缩W]、或烧制、和在氧气气氛中的热处理[5]，将材料冷却到低于超导转变(T。)的温度，之后材料变成超导的。其电阻变为零。对模拟和本发明的原型的评论。已知的方法不能在接近室温和更高的温度实现材料的零电阻也就是超导电性和零热阻也就是超导热性。
发明内容
本发明的目的是在接近室温和更高温度实现零电阻也就是超导电性和零热阻也就是超导热性的方法，其由电极之间的材料中的电子振动中心(EVC)引起。所提出的方法提供了在超导电转变温度Th之上的温度实现电极之间的材料的超导电和超导热态，这具有首要的科学重要性，并可以对于特定器件和系统的操作是重要的。 在其表面上或在其体内具有电极1和2的材料(半导体)在图1上示出。所述目标根据权利要求1通过如下实现使用任意非简并或弱简并半导体作为材料；在其表面上或其体内定位电极以形成到材料的整流接合，例如金属-半导体接触，肖特基结；所述电极之间的距离(D)选择为远小于由接触电势差异引起的电场穿透到材料中的长度(L) (D << L)，并且不超过两倍相干长度O Λ )，(D彡2 Λ )；电极之间的最小距离为 Dmin = 10纳米，电极之间的最大距离为Dmax = 30微米；在形成电极之前、之后或期间，电子振动中心(EVC)被输入到具有Nmin = 2*1012Cm_3至Nmax = 6*1017Cm_3的浓度(N)的材料中； 材料被加热到超过超导电转变温度(Th)的温度，结果超导电性和超导热性在电极之间的材料中产生。外部电压可以施加或者可以不施加到所述电极的任一个。根据权利要求2，为了简化该方法，电子振动中心仅被输入到电极之间的材料的耗尽区中，或者输入到耗尽区与电极相邻的部分中，在耗尽区中电极之间的电流线的长度不超过两倍相干长度O Λ )。根据权利要求3，为了简化该方法，半导体的最小尺寸被选择为不小于两倍相干长度O Λ )，例如材料的晶片的厚度选择为不小于2 Λ，或者在半导体、半绝缘或绝缘基板上材料的层的厚度不小于2 Λ。根据权利要求4，为了在具有远超过两倍相干长度O Λ )的尺寸的材料中达到超导电性和超导热性，电极的系统位于所述材料的体内或者在所述材料的表面上，例如以球、 带或螺线的形式。根据权利要求5，为了提供各向同性的超导电性和超导热性，电极系统定位于所述材料的体内或在所述材料的表面上，例如以小滴(droplet)的形式，这些电极的每个的最大尺寸选择为远小于相干长度Λ。根据权利要求6，为了控制超导电转变温度Th以及在电极之间的材料中沿特定方向(例如沿电极之间的电流方向)的相干长度Λ，恒定、可变或脉冲的磁场沿该方向或与
该方向正交或成锐角的方向建立，并具有不超过万=^^^的感应系数，其中m-电子(空
穴)的有效质量，e-电子电荷，ω-形成超导电态的弹性振动的圆频率，S-该弹性振动与电子或空穴之间的束缚的常数。根据权利要求7，为了控制相干长度Λ和超导电转变温度Th，电极之间的材料在材
r Nr
料的主要基本自吸收的谱带中或者(和)在EVC吸收的谱带中以直到/ = 2的强度被照
τ
射，其中N。-允许能带中的电子态的有效数，ζ-光吸收的系数，τ-电子(空穴)的寿命。
根据权利要求8，为了控制相干长度Λ和超导电转变温度Th，温度差异建立在电极之间，具有不超过= 的值，其中S-电子与声子之间的束缚常数，普朗克常数， k-玻尔兹曼常数，ω-定义电极之间的材料中的EVC之间的弹性束缚的声子的圆频率。根据权利要求9，为了控制相干长度Λ和超导电转变温度Th，额外电极用于形成到电极之间的材料的整流接触或金属-绝缘体-半导体接触(MIS)，或者使用许多这样的电极；相对于该材料具有正向或反向极性(direct or opposite polarities)的恒定、可变或脉冲的外部电压施加到这些电极(这个电极)。根据权利要求10，为了控制相干长度Λ和超导电转变温度Th，交变或恒定的电势差异建立在电极之间，具有直到^iiy / e的值，其中S-电子声子束缚常数，h -普朗克常数， ω-材料的弹性振动的圆频率，例如声子或材料的原子中原子核的I-振荡的频率，e-电子电荷。根据权利要求11，为了控制相干长度Λ和超导电转变温度Th，声、超声或特超声(hyper-sound)流被引入到电极之间的材料中，具有频率f，其能量体积密度直到 { πΞψ τ ,其中S-电子-声子束缚常数，N-EVC浓度，τ -电极之间的材料中电子(空穴)的寿命，普朗克常数。根据权利要求12，为了稳定超导电性和超导热性，半导体晶片的厚度、或衬底上半导体层的厚度、或衬底的厚度、或衬底上的半导体层和衬底的总厚度、或半导体的相互平行边缘间的距离被选择为等于W= u/2f或可被W= u/2f除尽，其中υ为在半导体、衬底或者半导体和衬底二者的所述相互平行的边缘之间传播的具有频率f的声子(声)速度， f_定义电极之间的材料中的EVC之间的弹性束缚的声子的频率。根据权利要求13，为了稳定超导电性和超导热性，半导体晶片的厚度、或衬底上半导体层的厚度、或衬底的厚度、或衬底上的半导体层和衬底的总厚度、或半导体的相互平行边缘之间的距离被选择为等于W= υ/2f或可被W= υ/2f除尽，其中υ为在半导体、衬底或者半导体和衬底的相互平行的边缘之间传播的声速，f = 1/P，其中P为电极之间的材料中产生的交变电场或磁场的周期。本发明和原型的对比分析表明，所要求的方法通过以下而被区别使用非简并或弱简并半导体材料；使用形成到材料的整流接合的电极，该电极分开具有特定宽度的间隙， 并位于该材料的表面上或体内；将具有特定浓度的电子振动中心输入到材料中或材料的特定部分中；在材料中建立具有特定强度和方向的磁场；在电极之间建立具有特定值的温度差；通过特定的谱带和特定的强度照射材料；建立电极之间的电势差；使用形成到该材料的接合的额外电极；施加电压在额外电极与该材料之间；加热材料直到超过超导电转变温度Th的温度。本发明的这些特征的实现引起电极之间的材料中超导电性和超导热性的发生，这对应于本发明的目的。这样，所提出的实现超导电和超导热的方法满足本发明的“新颖性”的标准。对比所提出的实现超导电和超导热的方法与原型，本领域技术中的其它技术方案并没有揭示具有相似特征的任何技术方案。这使得得出合理的结论，所要求的技术方案满足“发明的量(amount of invention) ”的标准。事实上从物理的观点，在要求的发明中，实现了超导性的机理，其基于通过电子振动中心的自激、I-振动与材料的声子、电子(和/或空穴)相互作用来吸引两个或更多电子或空穴到电子振动中心。在本发明中实现的超导电的机理在某些特征上与BCS理论[7]中基于通过虚拟声子的电子的彼此成对吸引的机理相同，差异在于在本发明中虚拟声子的作用通过存在于原子的电子壳里面、束缚到声子并具有极高的德拜温度的原子核的I振动实现。由于自激、I振动的基本量子的较高能量(不小于0. 22eV)，材料在很高温度的超导电性和超导热性是可能的。为了激励自激振荡，需要高的温度，在高于Th的温度的条件用于自激振荡的存在，在材料的特定区中(在相干区中)的超导电性和超导热性变得有利，这些振荡可以推测地存在于直到材料的熔化温度，甚至在熔化的材料中。
本发明通过附图来说明。图1示出在其表面上或其体内具有电极1和2的材料(半导体)。图2在底部示出考虑原子核的I振动与原子的声学振动在δ > 0和δ < 0时的色散曲线(dispersion curve)，在顶部示出具有晶格常数a的材料的一维绝热模型。图3白色圆示出具有不同原子数Z的原子中α、β、Y型I振动的单元量子的计算值，黑色圆示出对于某些原子的量子的实验值。图4图示地示出以一阶和二阶的微扰理论计算的、根据原子数Z在具有振荡量子数ν =0，1，2，3的状态下对原子核的α型振动的能量的校正(ΔΕαν)。在该图的插图中， 这些校正对于具有Z > 10的原子以另一刻度示出。图5示出超导电体的能级图(energy diagram)。图6实线示出考虑原子核的I-振动的使用BCS理论计算的超导电体的电阻(R) 的温度依赖关系，虚线涉及在低温材料可能转变为超导态。图7中实验点示出对于取决于原子数的平均值Zaw的材料，超导电转变温度Th的实验温度依赖关系，斜线a和b对应于在EVC的最小浓度(Nmin)和最大浓度(Nmax)的Th计算值。图8示出具有电极1和2的材料样品被穿过相干区(coherency zone)的中心的平面(XY)截取的截面，具有半径Λ的虚线圆对应于相干区的边界，1ε-电子自由运动长度。图9示出根据电子振动中心的浓度(N)，在改变半导体结构的CV特性时电子穿过其隧穿的电介质层的厚度(d)的数据。图10示出关于从伏特-法拉(CV)测试得到的势垒高度的数据，在金属-半导体-氧化物-半导体的结构中该势垒高度取决于电子穿过其隧穿的电介质层的厚度(d)。图11示出没有掺杂的单晶GaP的比电阻(specific resistance)的温度依赖关系(曲线3)以及包含通过掺入铝(曲线4)和硫(曲线5)原子形成的电子-振动中心的单晶GaP的比电阻的温度依赖关系。图12示出在GaP中通过掺入铝原子引起的顶反射系数的改变(dR)的图谱，实验曲线6为曲线7、8、9、10之和，该曲线7、8、9和10表示在具有ν = 0，1，2，3的不同振荡态中铝原子的I振子的反射的分量。图13示出用硫原子掺杂的GaP单晶(曲线11)和未掺杂的GaP(曲线12)的热 EMF的温度依赖关系。图14示出包含浓度为 IO14CnT3的A中心的单晶硅的光导率谱(ο )(曲线13)和光透过谱(P)(曲线14)。插图示出通过改变材料中的A中心浓度引起的硅的声学和光学声子的频率改变的实验数据。图15示出对于用磷和氧原子掺杂的硅样品(曲线15)以及对于硅基板上的多孔硅(曲线16)的热EMF E(T)的典型温度依赖关系。图 16 示出在以下频率0. 2MHz、0. 5MHz、IMHz、5MHz、IOMHz、2OMHz 测量的 Al-Si 接触的伏特-法拉(CV)特性一曲线17-22。图17示出具有电极之间各个不同距离D 50mkm,40mkm,30mkm,22mkm的电极之间的硅的比电阻率的典型温度依赖关系一曲线23-26。图18示出具有电极1和2的所研究样品被穿过相干区的中心的平面的截取的截面，该电极1和2之间被分开距离D > 2 Λ。图19示出在以间隙D < 2Λ分开的电极之间的硅的电阻的典型温度依赖关系一曲线27和28。图20示出在以间隙D = 19mkm < 2 Λ分开的电极之间的锗(曲线29)和硅(曲线30)的电阻的典型温度依赖关系。图21示出在以间隙D <2Λ分开的电极之间的CdHgTe单晶(曲线31)和^iSb (曲线32)的电阻的典型温度依赖关系。插图示出以间隙D<2A分开的电极之间的锗(曲线 33)和硅(曲线34)的电阻的典型温度依赖关系。图22示出在以间隙D = 19mkm分开的电极之间的硅(曲线35)的热EMF的典型
温度依赖关系。图23示出在以间隙D < 2Λ分开的电极之间的硅的电阻(曲线36)和热EMF(曲线37)的典型温度依赖关系。图M示出被间隙D分开的电极之间的材料的区域能带图，该间隙D超过由接触电势差引起的电场穿透到材料中的长度L(D > L)。图25示出被间隙D分开的电极之间的材料的区域能带图，该间隙D小于被接触电势差引起的电场穿透到材料中的长度L(D < L)。图26A和^B示出包含为小滴(droplet)的电极的材料的截面图。
具体实施例方式在1911年发现超导现象之后，为了建立超导理论已经付出了大量的努力。已经为该现象提出各种物理机理，已经发展和研究了各种超导材料及其制造方法。至今，超导转变温度已经增加至超过两百度开尔文单位并接近室温。尽管如此，但是在室温和更高温度工作的超导体仍不存在[2-4]。同时，急切需要能够在接近室温和更高温度工作的超导电体和超导热体中具有零电阻和零热阻的材料。多数超导体的作用是基于电子和虚拟声子之间的相互作用。但是材料中粒子的热运动随着温度(T)的升高而升高，它打断了电子耦合中电子之间的束缚，这是超导态在T。 温度之上消失的原因。在实现超导的这种方法中，在材料的声子不能打断由虚拟声子提供的电子的相互束缚情形下，在高温实现超导看起来是可能的，这是在虚拟声子的量子超过材料的弹性振动的量子(材料振荡的量子)且通过这种虚拟声子的电子的束缚是足够有效的情形下可实现的原理。通过使用在超导体的理论中接受的各种定量表示以及通过设定将我们情形中的虚拟声子的作用由具有能量^1/ =^ph= 的声子实现，有助于估计T。的值。这样，在 Eliashberg的理论中，考虑与虚拟声子的交换延迟，在小电子-声子束缚的近似下(S 1)，关于BCS理论，温度Τ。= >Χρ (-S-1)。认为典型声学声子= 2\meV作为硅的虚拟声子，我们得到 ； = 206K。在光学声子为虚拟声子的情形下，则= 55meV并且7； = 539K。
在强束缚(S >>1)的近似下，Allen和Dainess已经表明7；= ^(Sd 》>)V2，其中<>
表示平均运算。因而，在硅中对于虚拟声学声子 ； =1441，对于光学声子7； Ξ 4951。Τ。的这些估计预测了超导存在于室温和更高温度的可能性，其目前还未被实现。Τ。可以通过使用具有较高能量的虚拟声子并将这些声子的足够强的束缚提供到电子(空穴)来增加，也就是通过提供电子-声子束缚S常数的较大值。增大Τ。的这种可能性已经在工作[8，9]中提出，并且也包含在BCS[7]中。在此关系中，已经主张使用其它高能声子作为虚拟声子，例如具有超过布里渊区的尺寸的波矢的晶格的弹性振动。但是这种超导的机理还没有在实验上实现过。目前，已建立的事实是，存在晶体中具有高能量的单元量子(不小于0. 22eV)以及高德拜温度(高于2500K)的自激I振荡(self, I-oscillation)和波[10-15]。在此关系中，打开了在接近室温和更高温度实现超导电和超导热的可能性。理论通过电子和材料的弹性振动之间的有效相互作用解释了超导，其与光、微波、 超声波和其它研究的结果相关联，并且其也被同位素现象证实。这样，BCS理论[7]允许确定超导体的主要参数并且计算超导转变的特征温度
权利要求
1.一种用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，该材料包括具有特定化学成分的凝聚材料，对该材料的技术处理，以及形成到该材料的电接触的电极，该方法特征在于任何非简并或弱简并的半导体被用作所述材料；在所述材料的表面上或体内设置所述电极以形成到所述材料的整流接触，例如金属-半导体接触，肖特基结；所述电极之间的距离(D)被选择为远小于由接触电势差引起的电场穿透到所述材料中的长度(L) (D << L)并且不超过两倍的相干长度OA) (D < 2Λ)；所述电极之间的最小距离Dmin = 10 纳米，所述电极之间的最大距离Dmax = 30微米；在形成所述电极之前、之后或期间，电子振动中心(EVC)被输入到该材料中并具有从Nmin = 2 · IO12CnT3到Nmax = 6 · 1017cm_3的浓度 (N)；所述材料被加热至超过超导电转变温度(Th)的温度。
2.根据权利要求1所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于所述电子振动中心被输入到所述电极之间的所述材料的耗尽区中或者输入到所述耗尽区的与所述电极相邻的部分中，且所述电极之间的电流线在所述耗尽区或所述耗尽区的所述部分中的长度不超过两倍的相干长度辑。
3.根据权利要求2所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于所述半导体材料的最小尺寸被选择为不小于两倍的相干长度2 Λ，例如所述材料的板的厚度选择为不小于2 Λ，或者在半导体、半绝缘或电介质衬底上的所述材料的层的厚度不小于2Λ。
4.根据权利要求3所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于在具有远超过两倍相干长度ΟΛ)的尺寸的所述材料的体内或在所述材料的表面上，设置电极的系统，该电极的系统例如具有球、带或螺旋的形式。
5.根据权利要求4所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于电极的系统例如以小滴的形式位于所述材料的体内或表面上，且这些电极的每个的最大尺寸选择为远小于所述相干长度Λ。
6.根据权利要求5所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于在所述电极之间的所述材料中建立恒定、可变或脉冲的磁场，该磁场指向为沿着特定方向、正交于该特定方向或与该特定方向成锐角，该特定方向例如为所述电极之间的电流方向，该磁场具有的感应系数不超过5 =其中ω-形成超导电态的弹性振动的圆频率，S-所述振动与电子之间的束缚常数，m-电子(空穴)的有效质量，e_电子电荷。
7.根据权利要求1-6所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于所述电极之间的所述材料在被所述材料的本征基本自吸收的谱带和(或)被EVC吸收的谱带中以直到/ 的强度照射，其中N。-允许能带中电子态的有效数目，ζ -光吸收系数，τ -电子(空穴)的寿命。
8.根据权利要求6所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法， 特征在于温度差异建立在所述电极之间且不超过ΔΤ =其中S-电子和声子之间的束缚常数，A -普朗克常数，k-玻尔兹曼常数，ω -定义所述电极之间的所述材料中的EVC 之间的弹性束缚的声子的圆频率。
9.根据权利要求8所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于使用额外电极形成到所述电极之间的所述材料的整流接触或金属-电介质-半导体(MDS)接触，或者使用许多这样的额外电极；相对于所述材料，具有正向或反向极性的恒定、可变或脉冲外部电压被施加到该额外电极或这些额外电极。
10.根据权利要求9所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于在所述电极之间建立可变或恒定的电势差，该电势差具有直到sAi /e的值， 其中S-电子-声子束缚的常数，A.-普朗克常数，ω-材料的弹性振动的圆频率，例如声子的频率或所述材料的原子中的原子核的I振荡的频率，e-电子电荷。
11.根据权利要求10所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于具有频率f和体积能量密度的声、超声或特超声的流被引导到所述电极之间的材料中，其中S-电子-声子束缚的常数，N-EVC的浓度，τ -所述电极之间的所述材料中的电子(空穴)的寿命，Ii -普朗克常数。
12.根据权利要求1-11所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于半导体板的厚度、或者衬底上的半导体层的厚度、或者衬底的厚度、或者半导体层和衬底的结厚度、或者所述半导体的相互平行边缘之间的距离被选择为等于W = υ /2f或是其倍数，其中υ -在所述半导体、所述衬底或在所述半导体和所述衬底二者的所述相互平行的界限之间传播的具有频率f的声(声子)的速度，f_定义EVC之间的弹性束缚的声子的频率。
13.根据权利要求1-11所述的用于在电极之间的材料中实现超导电性和超导热性的方法，特征在于半导体板的厚度、或者衬底上的半导体层的厚度、或者衬底的厚度、或者半导体层和衬底的结厚度、或者所述半导体的相互平行边缘之间的距离被选择为等于W = υ /2f或是其倍数，其中υ -在所述半导体、所述衬底或在所述半导体和所述衬底二者的所述相互平行的界限之间传播的声的速度，f = 1/P，其中P-在所述电极之间的所述材料中建立的交变电场或磁场的周期。
全文摘要
本申请涉及材料的电学、电物理和导热，涉及材料在接近室温和更高温度的零电阻现象也就是超导电和零热阻也就是超导热。内容是在非简并或弱简并的半导体材料在半绝缘或电介质的衬底上的这样的材料层的表面上或体内设置电极以形成到材料的整流接触。电极之间的距离(D)被选择为远小于由它们的接触电势差引起的电场穿透到材料中的深度(L)(D＜＜L)。电极之间的最小距离DMIN＝20纳米，电极之间的最大距离DMAX＝30微米。在电极之间形成具有宽度D的间隙之前、之后或期间，电子振动中心(EVC)被输入到材料中，且具有从2·1012cm-3到6·1017cm-3的浓度(N)。使材料的温度到超导电转变温度(Th)或更高。技术结果可以在高于Th的温度实现超导电(超导)和零热阻也就是超导热的所述效果以及可以调整Th的值。
文档编号H01L39/00GK102414853SQ200980158962
公开日2012年4月11日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者弗亚切斯拉夫.A.弗多文科夫 申请人:“泰科诺普里泽”有限公司