Крюкова Л.В._Презентація електричний струм у...

Електричний струм у

напівпровідниках

Завдання уроку

1.Поглибити знання про електричний струм

у різних середовищах.

2.З'ясувати природу струму в чистих

напівпровідниках.

3.З'ясувати механізм електропровідності

при наявності домішок.

Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Різні речовини мають різні електричні властивості.

Електричні властивості

речовин

Провідники Напівпровідники Діелектрики

Добре проводять

електричний струм

До них відносяться метали,

електроліти, плазма …

Найбільше використовуються

провідники – Au, Ag, Cu, Al,

Fe …

Практично не проводять

електричний струм

До них відносяться

пластмаси, гума, скло,

фарфор, сухе дерево,

папір …

Займають по провідності

проміжне положення між

провідниками і

діелектриками

Si, Ge, Se, In, As


Опір речовин

Характерна властивість напівпровідників — здатність різко

змінювати опір під впливом зовні. Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

В.Сміт

(Willoughby Smith, 1828 – 1891)

Відкриття напівпровідників

Майкл Фарадей

(Michael Faraday, 1791-1867)

R

t Освтілення

Використання домішок

Абрам Федорович Іоффе

(1880-1960) Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Згадаємо, що провідність речовин зумовлена наявністю в них вільних

заряджених частинок

Наприклад, в металах це вільні електрони

-

-

-

-

-

-

-

Е

Згадайте і поясніть характер провідності металів і її

залежність від температури Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Власна провідність

напівпровідників


Розглянемо провідність напівпровідників на основі кремнію Si

Si Si

Si

Si Si

-

-

-

- -

-

-

-

Кремній – 4 валентний

хімічний елемент. Кожен

атом має на зовнішньому

електронному шарі по 4

електрони, які

використовуються для

утворення

парноелектронних

(ковалентних) зв’язків з

4 сусідніми атомами

При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках

вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить

електричний струм Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Розглянемо зміни в напівпровіднику при збільшенні температури

Si Si

Si

Si Si

-

- -

-

-

-

+

вільний

електрон

дірка +

+

При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них

покидають зв’язки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються

некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що

називаються дірками

Під дією електричного

поля електрони і дірки

починають

упорядкований

(зустрічний) рух,

утворюючи електричний

струм

-

-


Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою

упорядкований рух вільних електронів і позитивних віртуальних частинок -

дірок

При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду,

провідність напівпровідників росте, опір зменшується

R (Ом)

t (0C)

R0

метал

напівпровідник

Поясніть графіки залежності опору металів і напівпровідників

від температури Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Домішкова провідність

напівпровідників


Власна провідність напівпровідників явно недостатня для технічного

застосування напівпровідників

Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки

(легують), які бувають донорні і акцепторні

Донорні домішки

Si Si

As

Si Si

-

- -

-

-

-

-

При легуванні 4 – валентного

кремнію Si 5 – валентним

миш’яком As, один із 5 електронів

миш’яку стає вільним

Таким чином змінюючи

концентрацію миш’яку, можна в

широких межах змінювати

провідність кремнію

Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу,

основними носіями заряду являються електрони, а домішка миш’яку,

що дає вільні електрони, називається донорною

-

-


Акцепторні домішки

Якщо кремній легувати трьохвалентним індієм, то для утворення зв’язків з

кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка

Si Si

In

Si Si

-

- -

-

-

+

Змінюючи концентрацію індію,

можна в широких межах змінювати

провідність кремнію, створюючи

напівпровідник із заданими

електричними властивостями

Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу,

основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає

дірки, називається акцепторною

-

-


І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне застосування:

р-типу n-типу

Основні носії заряду - дірки Основні носії заряду -

електрони

+ -

Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних

носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n-

типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур

Поясніть, як змінюється кількість неосновних носіїв заряду в

домішковому напівпровіднику при збільшенні температури Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

p-n перехід і його

електричні властивості


Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що

називається p-n переходом

+ _

1. Пряме включення

+ +

+ +

-

-

-

-

Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки

рухаються вправо, електрони – вліво)

Опір переходу малий, струм великий.

Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід

добре проводить електричний струм

р n


+ _

2. Зворотне включення

+ +

+ +

-

-

-

-

Основні носії заряду не проходять через p-n перехід

Опір переходу великий, струм практично відсутній

Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n

перехід практично не проводить електричного струму

р n

Запираючий шар


І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній

провідності

Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ)

I (A)

U (В)


Застосування напівпровідників

діоди транзистори

терморезистори

фоторезистори Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Середови

ще

Носії

електрично

го заряду

Тип

провіднос

ті

Утворенн

я носіїв

заряду

ВАХ

Залежні

сть від

темпера

тури


Середовище

Носії

електричного

заряду

Тип

провідності

Утворення

носіїв заряду ВАХ

Залежність

від

температу

ри

Напів

провідники

Електрони

дірки

Електронно-

дірковий

Вплив

освітленості,

температури,

домішків

t ↑ , R↓

0 U

I


3

1 7

2 4

6\12 5

11

8 9 10

По вертикали

1.Як рухаюця електрони в електроному полі? (Хаотично).

3.Які речовини набули широкого застосування? (Напівпровідники)

5.Скільки зіткнень відбувається за 1 с. між

електронними провідностями і йонами кристальної (Мільярд)

сітки?

7. В якому напрямі рухаються заряджені частинки у (Позитивному)

провіднику?

9. Що зумовлює опір провідника? (Зіткнення)

11. Що втрачають елементи провідності при

зіткненні з йонами кристалічної решітки? (Енергію)

По горизонталі 2. Який Газ нагадує (хаотичний) рух електронних провідностей? (Ідеальний)

4. Які частини можуть переміщатися під дією електронного поля? (Йони)

6. Що виникає коли є спрямований рух зарядів? (Струм)

8.Що треба підтримувати між кінцями металевого провідника? (Різницю)

10. Яка середня швидкість упорядкованого руху електронів? (Мала)

12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами? (Слабо)

3

1 7

2 4

6\12 5

11

8 9 10






сітки?












Розгадайте кросворд

По вертикалі

3

1 7

2 4

6\12 5

11

8 9 10






сітки?












3

1 7

2 4

6\12 5

11

8 9 10






сітки?











12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами? (Слабо) Крюкова Л.В. Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

Домашнє завдання

Знайдіть інформацію про використання

напівпровідників у комп'ютерній та побутовій техніці.

Зверніть увагу на переваги та недоліки

напівпровідникових пристроїв.

1. Опрацювати § 27, стор. 111 №3.

2. Додаткове завдання.


Крюкова Л.В._Презентація електричний струм у...

Education