Пошук по сайту


Електричний струм у напівпровідниках. 9 клас

Електричний струм у напівпровідниках. 9 клас

Електричний струм у напівпровідниках. 9 клас.

МЕТА: з’ясувати поняття напівпровідника та вивчити природу струму в чистих напівпровідниках; з’ясувати механізм електропровідності напівпровідників при наявності домішок; ознайомити учнів з будовою та призначенням основних напівпровідникових приладів; систематизувати знання про застосування напівпровідників; розвивати в учнів інтерес до фізики і техніки.

ТИП УРОКУ: Урок-лекція.

СТРУКТУРА.

І. Перевірка знань учнів – 15 хв.

ІІ. Пояснення нового матеріалу – 65 хв.

IІІ. Закріплення вивченого – 10 хв.

ІV. Домашнє завдання – 5 хв.

ПЛАН вивчення нового навчального матеріалу

1. Властивості напівпровідників.

2. Будова напівпровідників.

3. Власна провідність.

4. Домішкова провідність.

5. Електронно-дірковий перехід.

6. Будова напівпровідникових приладів.

7. Застосування приладів.

Хід уроку

І. Перевірка знань учнів.

1. Чим пояснити велику концентрацію електронів провідності у металах?

2. Як рухаються електрони провідності і металевих провідниках:

а) нема електричного поля;

б) створюють електричне поле.

3. Чому незважаючи на малу швидкість впорядкованого руху електронів у металевому провіднику, прилади починають діяти одночасно при вмиканні електричного струму?

4. Який фізичний зміст температурного коефіцієнту опору?

5. Коли електричною лампочкою розжарення йде більший струм: одразу після вмикання її в мережу чи через кілька хвилин?

ІІ. Пояснення нового матеріалу.

1. Речовини залежно від електричних властивостей поділяються на провідники, діелектрики і напівпровідники.

Напівпровідники – це речовини, питомий опір яких має проміжне значення між питомим опором металів і діелектриків.

Напівпровідники використовуються для виготовлення різних приладів, що використовуються в електротехніці. Прилади ці довговічні, малогабаритні, міцні.

Які ж властивості напівпровідників? (Кремній, германій, селен).

1) Залежність питомого опору від стану речовини.

температури: з підвищенням температури опір зменшується;

освітлення: внаслідок освітлення опір зменшується;

наявність домішок: у сотні, тисячі разів змінюється опір зовнішніх електричних полів;

опромінення ядерними частинками.

2) Спостерігається новий тип провідності що обумовлена рухом позитивних зарядів.

3) На відміну від металів, де електрони вільні, у напівпровідниках валентні електрони у зв’язаному стані.

Щоб збільшити провідність напівпровідників, потрібно збільшити концентрацію вільних носіїв заряду. А це можна зробити при підвищенні температури чи освітлення, тобто зміною зовнішніх умов, або зміною хімічного складу напівпровідника.

2. Розглянемо будову напівпровідників.

Щоб увімкнути транзисторний приймач, знати нічого не треба. Але щоб його створити, потрібно було знати дуже багато. Про транзистор поговоримо пізніше. Спочатку ознайомимося з механізмом провідності у напівпровідниках.

Розглянемо кристал кремнію або германію і вникнемо у природу зв’язків,, що утримують атоми кристалу один біля одного.

Кремній (Z=14), германій (Z=32). До складу атома входить 14 електронів, до складу атома входять 32 електрони. Але і чотиривалентні елементи. Що це означає? Що в зовнішній оболонці атома є 4 електрони, які порівняно слабко зв’язані з ядром.

Схема, мал. 165.

Між парою сусідніх атомів існує так званий парноелектронний зв’язок, або ковалентний. Чотири валентні електрони кожного атома вступають у ковалентний зв’язок з електронами сусідніх атомів. Так, що вільних електронів у чистому германію немає. А нема вільних носіїв заряду, то й не буде проходити електричний струм. (Яка умова існування електричного струму?).

Ковалентні зв’язки досить міцні і при низьких температурах напівпровідники є діелектриками.

3. Від нагрівання германію кінетична енергія валентних електронів зростає і окремі зв’язки розриваються.

В результаті цього частина електронів, які раніше брали участь в утворенні валентних зв’язків, відщеплюються і стають електронами провідності. За наявності електричного поля вони переміщаються проти поля і утворюють електричний струм. Як у металах (електронна провідність).

Але на відміну від металів у напівпровідників є ще інші механізми провідності. Коли розривається зв’язок, то уговорюється вакантне місце, де не вистачає електрона. Його називають діркою. Дірка веде себе як позитивно заряджена частинка.

З підвищенням температури кількість розірваних зв’язків, отже вільних електронів, збільшується. Збільшується і кількість дірок. Під час руху електронів, електрони можуть займати вакантні місця (дірки) при цьому відновлюються валентні зв’язки.

Що ж відбувається з діркою?

Дірка переміщується у кристалі у протилежний бік від руху електронів.

Приклад: вільні місця у класі (залі).

Рух електронів і дірок хаотичний, якщо напруженість електричного поля дорівнює 0.

При наявності електричного поля виникає упорядковане переміщення дірок у напрямі вектора напруженості, і упорядковане переміщення електронів проти руху дірок.

Отже, у напівпровідників є носії зарядів двох типів: електрони і дірки.

Тому напівпровідники мають не тільки електронну, а й діркову провідність.

Ми розглянули механізм провідності ідеальних (чистих) напівпровідників. Провідність чистих напівпровідників називають власною провідністю напівпровідників.

4. Провідність напівпровідників у великій мірі залежить від домішок. Саме ця залежність зробила напівпровідники тим, чим вони стали в сучасній техніці.

При наявності домішок, крім власної провідності, виникає додаткова – домішкова провідність.

Змінюючи концентрацію домішки, можна змінювати кількість носіїв заряду того чи іншого знаку. Завдяки цьому створюються напівпровідники з переважною концентрацією – або від’ємно, або додатно заряджених носіїв. Ця особливість напівпровідників і відкриває широкі можливості для їх практичного застосування.

Приклад:

Припустимо, що у германію (4 валентних електрони) є атоми хімічних домішок, які заміщають окремі його атоми. Атоми фосфору (5 валентних електронів) є домішками.

Кремній (4 валентних електрони) і домішки миш’яку (5 валентних електрони). Чотири електрони 5 валентного фосфору беруть участь у створенні ковалентного зв’язку з навколишніми атомами германію.

А п’ятий електрон фосфору виявляється слабо зв’язаний з атомом і легко залишає атом фосфору і стає вільним.

Отже, домішки можуть збільшувати концентрацію електронів провідності і створювати в напівпровіднику електронну домішкову провідність n-типу (негативний). Такі домішки називаються донорними. У напівпровіднику n-типу електрони – основні носії заряду, дірки – неосновні.

Акцепторні домішки.

Зовсім інший результат дістанемо, якщо в кристалічній решітці германію його атоми змінити атомами з меншою валентністю.

Наприклад: германій – 4-валентний індій – 3-валентний (або кремній 4-валентний і індій 3-валентний).

Для встановлення нормальних парноелектричних зв’язків із сусідами атомами індію не вистачає електрона.

Внаслідок цього утворюється дірка. Кількість дірок у кристалі дорівнює кількості атомів домішки.

Такі домішки називаються акцепторними. Коли э електричне поле, дырки переміщуються і виникає діркова провідність. Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називаються напівпровідниками р-типу (позитивні) .

Дірки – основні носії заряду, електрони – не основні.

Висновок.

Донорні домішки віддають зайві валентні електрони і утворюється напівпровідність n-типу. Акцепторні домішки створюють дірки і утворюють напівпровідність р-типу.

5. Найцікавіші явища відбуваються під час контакту напівпровідників n- та р-типу. Ці явища використовують у більшості напівпровідникових приладів для випрямлення змінного струму і підсилення електричних сигналів.

Розглянемо фізичні процеси в таких контактах.

Контакт двох напівпровідників називають р-n-переходом або електронно-дірковим переходом.

При утворенні контакту електрони частково переходять з напівпровідності n-типу в напівпровідність р-типу, а дірки – в зворотному напрямі (зона пререходу).

В результаті напівпровідності n-типу заряд додатній, а р-типу – від’ємний.

Дифузія припиняється після того, як електричне поле, що виникає в зоні переходу, перешкоджає дальшому переміщенню електронів і дірок – виникає шар підвищеного опору, який називається р-n-переходом.

Особливістю р-n-переходу є те, що його опір залежить від значення напряму напруженості зовнішнього електричного поля, прикладеного до цього переходу.

Увімкнемо напівпровідник з р-n-переходом в електричне коло.

а) Спочатку приєднаємо батареєю так, щоб потенціал напівпровідника р-типу був додатний, а n-типу – від’ємним.

При цьому струм через р-n-перехід передаватиметься основними носіями заряду.

Провідність буде великою, опір малим. Пряме включення і перехід називають прямим.

б) Перемикнемо полюси батареї. Струм через р-n-перехід передається неосновними носіями заряду, а їх мало. Провідність зменшується, опір великий. Утворюється запірний шар.

Зворотне включення – перехід називається зворотним.

6. Напівпровідникові прилади.

Діод, транзистор, термістор, фоторезистор.

Діод – основний елемент сучасних випрямлячів змінного струму. Діод містить один p-n-перехід. Виготовляються діоди з германію, кремнію, селену з добавлянням донорної домішки.

Германій – катод.

Індій – анод.

Транзистор – (тріод) (англ. переносити опір) використовується для підсилення електричних коливань.

Напівпровідниковий прилад, що містить p-n-p або n-p-n-переходи називається транзистором.

Термістори або терморезистори – залежність електричного опору від температури, використовується для вимірювання температури за силою струму в колі.

Випускаються у вигляді стержнів, трубок, дисків, шайб, намистинок розміром від кількох мікрометрів до кількох сантиметрів.

Фоторезистор або фотоопір – залежність опору напівпровідників від освітлення.

Із збільшенням світла збільшується провідність і зменшується опір.

7. Всі напівпровідникові прилади зручні в користуванні на відміну від лампових.

Транзистори і діоди набули дуже широкого використання в сучасній техніці. На відміну від лампових не мають розжареного катода, малі за розмірами і масою, працюються при нижчих напругах.

Але дуже чутливі до температури, перевантажень, проникаючого проміння.

Термістори застосовуються для дистанційного вимірювання температури, регулювання температури (інкубатор), протипожежний сигнал і т. д.

Фоторезистори застосовуються для реєстрації, сортування виробів, автоматичне вмикання маяків, освітлення вулиць.

ІІІ. Закріплення за планом уроку.

1. Властивості напівпровідників.

2. Будова напівпровідників.

3. Власна провідність.

4. Домішкова провідність.

5. Електронно-дірковий перехід.

6. Будова напівпровідникових приладів.

7. Застосування приладів.

ІV. Домашнє завдання: §

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Електричний струм в напівпровідниках
Залежність провідності речовин від температури, наявності домішок та освітленості

Електричний струм в рідинах та його використання. 11 клас. Мета уроку
Мета уроку: з’ясувати природу процесів, що зумовлюють електричний струм в електролітах, повторити І поглибити поняття електричної...

План уроку. Етапи
Електричний струм у газах. Самостійний І несамостійний розряди. Застосування струму в газах у побуті, в промисловості, техніці

Електричний струм у різних середовищах (металах, рідинах, газах)...
Електронна теорія так пояснює відмінності у властивостях провідників І діелектриків: в одних тілах є вільні носії зарядів, які можуть...

В якому напрямку потече струм у стрижні в кожному випадку?
Кулі двох заряджених електроскопів з'єднують металевим стрижнем на ізолюючій ручці (див рисунок). В якому напрямку потече струм у...

Про підсумки навчально виховної роботи за І семестр 2014/2015 н р
Курінний Артем, 2 клас), Вибуло 5 учнів (Хурсович Сергій – 8 клас, Головенко Тетяна – 4 клас, Головенко Едуард – 3 клас, Лісковський...

Урок з теми «Початкові хімічні поняття» (7 клас)
Електроліз. (9 клас)

I. книга братства
А клас (філологічний профіль) – 22, 10Б клас (інформаційно-технологічний профіль) – 27 (протягом року вибула 1 – Шурман Я.), 11 клас...

11а філологічний (іноз.) 11Б
У колегіумних класах навчалося 80 учнів: 10 клас (філологічний) – 33 (протягом року вибув Повєткін Володимир), 11А клас (філологічний...

10б математичний 11А
А клас (іноземне філологія) – 21; 10Б клас (математичний профіль) – 28 (протягом року вибули Малашевський В., Гулак Р., Соломіна...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка