Урок физики на тему «Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников p-n типов. Полупроводниковый диод. Транзисторы»
Урок в 10-м классе.
Тема: «Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников р- и n—типов. Полупроводниковый диод. Транзисторы».
Цели:
- образовательные: сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках при наличии примесей с точки зрения электронной теории и опираясь на эти знания выяснить физическую сущность p-n-перехода; научить учащихся объяснять работу полупроводниковых приборов, опираясь на знания о физической сущности p-n-перехода;
- развивающие: развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес, познавательную активность;
- воспитательные: продолжить формирование научного мировоззрения школьников.
Оборудование: презентация по теме: «Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников
Слайд 1.
Слайд 2. Полупроводник – вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R) увеличивается.
Наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.
Слайд 3.
Механизм проводимости у полупроводников
Слайд 4.
Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние Слайд 5.электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и они ведут себя как диэлектрики.
Полупроводники чистые (без примесей)
Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.
Собственная проводимость бывает двух видов:
Слайд 6. 1) электронная (проводимость «n » – типа)
При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны – сопротивление уменьшается.
Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля.
Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.
1017 1024
Слайд 7.
2) дырочная (проводимость » p» – типа)
При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном – «дырка».
Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение «дырки» равноценно перемещению положительного заряда.
Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.
Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей. Поэтому полупроводники обладают ещё и дырочной проводимостью.
Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей «p» и «n» -типов и называется электронно-дырочной проводимостью.
Полупроводники при наличии примесей
У таких полупроводников существует собственная + примесная проводимость.
Наличие примесей проводимость сильно увеличивает.
При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока – электронов и дырок.
Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.
Существуют:
Слайд 8. 1) донорные примеси (отдающие) – являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.
Слайд 9. Это проводники » n » – типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда – электроны, а неосновной – дырки.
Такой полупроводник обладает
Слайд 10. 2) акцепторные примеси (принимающие) – создают «дырки» , забирая в себя электроны.
Это полупроводники » p «- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда – дырки, а неосновной – электроны.
Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью. Слайд 11. Например – индий. Слайд 12.
Рассмотрим, какие физические процессы происходят при контакте двух полупроводников с различным типом проводимости, или, как говорят, в р—n-переходе.
Слайд 13-16.
Электрические свойства «p-n» перехода
«p-n» переход (или электронно-дырочный переход) – область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот).
В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.
Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.
При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля электрический ток проходит через границу двух полупроводников.
Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.
Пропускной режим р-n перехода:
При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет.
Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.
Запирающий режим р-n перехода:
Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.
Полупроводниковые диоды
Полупроводник с одним «p-n» переходом называется полупроводниковым диодом.
– Ребята, запишите новую тему: «Полупроводниковый диод».
– Не идиот, а диод! – ответил учитель, – Диод, значит имеющий два электрода, анод и катод. Вам ясно?
– Какой там ещё идиот?», – с улыбкой переспросил Васечкин.
– А у Достоевского есть такое произведение – «Идиот», – настаивал Васечкин.
– Да, есть, ну и что? Вы на уроке физики, а не литературы! Прошу больше не путать диод с идиотом!
Слайд 17–21.
При наложении эл.поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном – сопротивление мало.
Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока.
Слайд 22–25.
Транзисторами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.
Полупроводниковые транзисторы – также используются свойства» р-n «переходов, — транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов.
В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как – то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем. Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer – преобразователь и resistor – сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р – n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя – электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p – n – р. У транзистора структуры n – p – n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними – область с дырочной электропроводностью (рис.
1, б).
При подаче на базу транзистора типа n-p-n положительного напряжения он открывается, т. е. сопротивление между эмиттером и коллектором уменьшается, а при подаче отрицательного, наоборот – закрывается и чем сильнее сила тока, тем сильнее он открывается или закрывается. Для транзисторов структуры p-n-p все наоборот.
Основой биполярного транзистора (рис. 1) служит небольшая пластинка германия или кремния, обладающая электронной или дырочной электропроводимостью, то есть n-типа или p-типа. На поверхности обеих сторон пластинки наплавляют шарики примесных элементов. При нагревании до строго определенной температуры происходи диффузия (проникновение) примесных элементов в толщу пластинки полупроводника. В результате в толще пластинки возникают две области, противоположные ей по электропроводимости. Пластинка германия или кремния p-типа и созданные в ней области n-типа образуют транзистор структуры n-p-n (рис. 1,а), а пластинка n-типа и созданные в ней области p-типа — транзистор структуры p-n-p (рис.
Независимо от структуры транзистора его пластинку исходного полупроводника называют базой (Б), противоположную ей по электропроводимости область меньшего объема — эмиттером (Э), а другую такую же область большего объема — коллектором (К). Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором — коллекторный, а между базой и эмиттером — эмиттерный. Каждый из них по своим электрическим свойствам аналогичен p-n переходам полупроводниковых диодов и открывается при таких же прямых напряжениях на них.
Условные графические обозначения транзисторов разных структур отличаются лишь тем, что стрелка, символизирующая эмиттер и направление тока через эмиттерный переход, у транзистора структуры p-n-p обращена к базе, а у транзистора n-p-n — от базы.
Слайд 26–29.
III. Первичное закрепление.- Какие вещества называются полупроводниками?
- Какую проводимость называют электронной?
- Какая проводимость наблюдается ещё у полупроводников?
- О каких примесях теперь вам известно?
- В чем заключается пропускной режим p-n- перехода.
- В чем заключается запирающий режим p-n- перехода.
- Какие полупроводниковые приборы вам известны?
- Где и для чего используют полупроводниковые приборы?
- Как меняется удельное сопротивление полупроводников: при нагревании? При освещении?
- Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю? (нет, с понижением температуры сопротивление кремния увеличивается).
§ 113-116 – учить, пов. § 109–112.
Что такое полупроводники? | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко
Не все тела одинаково проводят электрику: одни — хорошо, вследствие чего и получили название проводники, а другие — почти не проводят — их назвали изоляторами, или диэлектриками.
Однако оказалось, что подавляющее большинство веществ нельзя отнести ни к проводникам, ни к диэлектрикам. Эту группу веществ назвали полупроводниками и считали, что они практического значения в электричестве не имеют. В самом деле, более поздние исследования показали, что большинство полупроводников практического применения в электричестве не нашли. Тем не менее среди них были выявлены и такие, которые имеют чрезвычайно интересные и важные свойства, что и побуждало к дальнейшему их изучению, а со временем и к широкому использованию.
Чтобы удостовериться в том, что по удельному сопротивлению или электропроводимости полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками (например, металлами) и диэлектриками, можно провести опыт, схема которого изображена на рис. 8.1. Берут три одинаковых по размеру тела: из металла (м), полупроводникового вещества (п/п) и диэлектрика (д). Поддерживая в цепи постоянное напряжение, включают поочередно тело из металла, полупроводникового вещества и диэлектрика.
Если к цепи подключено металлическое тело, то сила тока довольно значительна — стрелка амперметра отклоняется до конца шкалы. В случае включения диэлектрика ток в цепи практически отсутствует, а при включении полупроводника сила тока имеет промежуточное значение (рис. 8.2).
Рис. 8.1. Сравнение сопротивления или электропроводимости разных веществ |
Рис. 8.2. Сила тока в цепи при постоянном напряжении |
Таким образом, можно сделать вывод, что полупроводники по удельному сопротивлению или электропроводимости занимают промежуточное место между металлами (наилучшими проводниками) и диэлектриками: ρМ < ρП/П < ρД (рис. 8.3).
Тем не менее следует иметь в виду, что четкой границы значений удельного сопротивления металлов, полупроводников и диэлектриков нет. Некоторые полупроводники при определенных условиях могут быть по электрическим свойствам близки как к металлам, так и к диэлектрикам.
Иногда слово «полупроводник» связывают с тем, что якобы полупроводники проводят ток лишь в одном направлении. На самом деле это не совсем так (рис. 8.4).
Если взять тело из полупроводникового вещества и пропускать через него ток сначала в одном, а потом в противоположном направлении, то значения сил тока в обоих случаях будут одинаковыми.
Рис. 8.3. Сравнение значений удельных сопротивлений и электропроводимостей различных веществ |
Рис. 8.4. Полупроводниковые вещества односторонней проводимости не имеют |
Существуют полупроводниковые приборы, например, диоды, которые в самом деле проводят ток практически в одном направлении.
Загрузка…
Диод — прибор с двумя электродами, пропускающий ток практически в одном направлении.
По каким же признакам из огромного количества веществ, которые существуют в природе или могут быть созданы искусственно, выбирают вещества, именуемые сегодня полупроводниками? Необходимо вспомнить, как зависит сопротивление металлических проводников от температуры. Если взять металлический, например железный, проводник и нагревать его в пламени свечи (рис. 8.5, а), то сила тока в цепи будет уменьшаться. Если при этом напряжение на участке цепи поддерживается постоянным, то можно сделать вывод, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников возрастает. График такой зависимости изображен на рисунке 8.6.
Если же нагревать полупроводниковое вещество (рис. 8.5, б), то сила тока в цепи будет возрастать. Следовательно,
в отличие от металлических проводников, сопротивление которых при нагревании возрастает, сопротивление полупроводников уменьшается с повышением температуры (по крайней мере, в определенном интервале).
Именно по этому признаку и выбирают полупроводниковые вещества, которые используются в современной технике. Причина такой зависимости состоит в том, что при нагревании полупроводников в них резко возрастает количество свободных носителей заряда, которые могут образовывать ток. Материал с сайта http://worldofschool.ru
Рис. 8.5. Сравнение зависимости сопротивления различных веществ от температуры |
Рис. 8.6. Графики зависимости сопротивлений металлов и полупроводников от температуры |
Уменьшение сопротивления сернистого серебра (Ag2S) еще в 1833 г. наблюдал выдающийся английский ученый М. Фарадей. Сегодня это свойство полупроводников широко используется в приборах, которые называются термисторами.
Термистор (терморезистор) — датчик температуры в электрических термометрах, терморегуляторах и т. п.
Позже, а именно в 1873 г., В. Смит наблюдал изменение сопротивления кристаллического селена при освещении, которое стало основанием для изготовления фоторезисторов.
Фоторезистор — составная часть приборов для измерения световых величин, включения света с наступлением темноты или его выключения с восходом солнца (так называемые фотореле).
Исследования показали, что на свойства полупроводников влияют рентгеновские лучи, радиоактивное излучение, магнитные поля, механические деформации и др. Со всего сказанного можно сделать вывод:
Полупроводники — это вещества, по своему удельному сопротивлению занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Сопротивление полупроводников при нагревании уменьшается, оно также зависит от освещения, различных видов излучения и т. п.
К полупроводникам относятся некоторые вещества, образованные химическими элементами (силиций, германий, селен и др.), а также оксиды (Cu2O, Zn и др.), сульфиды (Pb, Ag2S, Cd и др.) и большое количество естественных и искусственных веществ. Исключительно важные свойства полупроводников обусловили их широкое использование в технике.
На этой странице материал по темам:
-
Доклад на тему полупроводники по физике 8 класс
Сообщение по технологии 8 класс полупроводники
Кратко что такое полупроводники
Шпоры полупроводники
Доклад на тему полупроводники 8 класс
Вопросы по этому материалу:
-
На рис.
8.5 изображены электрические цепи с металлическим и полупроводниковым (термистор) резисторами. Как будут изменяться показания гальванометров в обоих случаях, если резисторы подогревать? -
На одну плоскость металлической пластинки нанесено полупроводниковое вещество, например селен. Как определить эту плоскость?
Физика полупроводников | Coursera
Об этом курсе
17 439 недавних просмотров
Этот курс также может быть принят для получения академического кредита как ECEA 5630, часть степени магистра наук в области электротехники CU Boulder.
Гибкие срокиГибкие сроки
Сброс сроков в соответствии с вашим графиком.
Общий сертификатОбщий сертификат
Получите сертификат по завершении
100% онлайн100% онлайн
Начните сразу и учитесь по собственному графику.
Coursera LabsCoursera Labs
Включает практические учебные проекты.
Узнайте больше о Coursera Labs Внешняя ссылкаСпециализацияКурс 1 из 3 в
Специализация «Полупроводниковые устройства»
Продвинутый уровеньПродвинутый уровень
Часов на выполнениеПрибл. 14 часов на выполнение
Доступные языкиАнглийский
Субтитры: арабский, французский, португальский (европейский), итальянский, вьетнамский, немецкий, русский, английский, испанский
Гибкие срокиГибкие сроки
Сбрасывайте сроки в соответствии с вашим графиком.
Общий сертификатОбщий сертификат
Получение сертификата по завершении
100 % онлайн100 % онлайн
Начните сразу и учитесь по собственному расписанию.
Coursera LabsCoursera Labs
Включает практические учебные проекты.
Узнайте больше о Coursera Labs Внешняя ссылкаСпециализацияКурс 1 из 3 в специализации
Полупроводниковые устройства
Продвинутый уровеньПродвинутый уровень
Часов для прохожденияПрибл. 14 часов
Доступные языкиАнглийский
Субтитры: арабский, французский, португальский (европейский), итальянский, вьетнамский, немецкий, русский, английский, испанский
Инструктор
Wounjhang Park
Профессор
Электрика, вычислительная техника и энергетика
37,304 Учащиеся
6 0 5 9077 0004
Предлагается
Университет Колорадо в Боулдере
CU-Boulder представляет собой динамичное сообщество ученых и учащихся в одном из самых живописных университетских городков страны. Являясь одним из 34 государственных учреждений США, входящих в престижную Ассоциацию американских университетов (AAU), мы гордимся традициями академического превосходства, в котором пять лауреатов Нобелевской премии и более 50 членов престижных академических академий.
Выпускной колпачок
Получите преимущество перед получением степени
Этот курс является частью программы магистра наук в области электротехники Колорадского университета в Боулдере. Если вы допущены к полной программе, ваша курсовая работа будет засчитана для получения степени, и весь ваш прогресс будет передан вам.
Узнать больше
Отзывы
4.4
Заполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаНаполовину заполненная звезда61 отзыв
-
5 звезд
65,83%
-
4 звезды
20,41%
-
3 звезды
6,66 2
5
5
звездочки
2,08%
-
1 звезда
5%
ЛУЧШИЕ ОБЗОРЫ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Заполненная звезда Заполненная звезда Заполненная звезда Заполненная звезда Звездаот TV12 мая 2020 г.
Это очень хороший курс, очень полезный для выпускников инженерных и естественных наук.
Заполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаЗвездаот GUJun 4, 2020
вы получите глубокое понимание структур решетки, как существуют запрещенные зоны в полупроводниках.
Filled StarFilled StarFilled StarFilled StarFilled Starby PR5 июня 2020 г.
Очень полезный курс для понимания физики полупроводников. И планомерно действующий курс.
Filled StarFilled StarFilled StarFilled StarStarот PM25 июля 2020 г.
Структура курса хорошая. Но упражнения достаточно тяжелые и никакие лекции не строятся на решении подобных задач.
Просмотреть все отзывы
О специализации «Полупроводниковые устройства»
Курсы по этой специализации также могут быть приняты для академического кредита как ECEA 5630-5632, часть степени магистра наук CU Boulder в области электротехники. Зарегистрируйтесь здесь.
Часто задаваемые вопросы
Еще вопросы? Посетите Справочный центр для учащихся.
Руководство Бритни Спирс по физике полупроводников
[ Дом ]
[ Картинные галереи ]
[Руководство Бритни Спирс по физике полупроводников]
[Ссылки] [ Текст песни ] [Реклама] [Вещи] [ Чат ] [Ссылка на нас] [Награды] [Бритни Сплетни] |
Малоизвестный факт, что г-жа Спирс является экспертом в области полупроводников. физика. Не довольствуясь только пением и игрой, на следующих страницах она познакомит вас с основами жизненно важных полупроводниковых лазерных компонентов, которые позволили услышать ее супермузыку в цифровом формате. |
Научный калькулятор Реклама здесь
кликните сюда
пожертвовать еду голодающим людям мира.
|
|
|
Splung. |