Презентация по физике Электрический ток в полупроводниках (10 класс)

Электрический ток в полупроводниках Урок изучения нового материала 10 класс

Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы: Проводники Полупроводники Диэлектрики Хорошо проводят электрический ток К ним относятся металлы, электролиты, плазма … Удельное сопротивление 10 - 8 - 10 - 6 Ом·м Практически не проводят электрический ток К ним относятся пластмассы, резина, стекло Удельное сопротивление 10 10 - 10 16 Ом·м Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками Удельное сопротивление 10 - 3 - 10 7 Ом·м Классификация веществ по проводимости

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Полупроводники - это 12 элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды, и другие химические соединения. Полупроводники

Уиллоуби Смит (Willoughby Smith, 1828 – 1891) Свойства полупроводников Майкл Фарадей (Michael Faraday, 1791-1867) R↓ t↑ освещение добавление примеси Абрам Фёдорович Иоффе (1880-1960)

Свойства полупроводников

Свойства полупроводников

Вспомним, что проводимость веществ обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц Например, в металлах это свободные электроны - - - - - - - - - - Проводимость веществ

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении температуры Si Si Si Si Si - - - - - - + свободный электрон дырка + + При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками. Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток Iобщ= Iэл + Iдыр - -

Собственная проводимость полупроводников Электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и дырок При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается R (Ом) t (0C) R0 металл полупроводник Объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры ?

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники добавляют примеси, которые бывают донорные и акцепторные Донорные примеси (от лат. donare – давать) Si Si As Si Si - - - - - - - При замене 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As, один из 5 электронов мышьяка становится свободным. Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь , дающая свободные электроны, называется донорной - - Примесная проводимость полупроводников Число свободных электронов увеличивается

Акцепторные примеси (от лат. аcceptor – приемщик) Если кремний заменить трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка Si Si In Si Si - - - - - + Изменяя концентрацию примеси, можно изменять проводимость полупроводника, создавая его с заданными электрическими свойствами Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь, дающая дырки, называется акцепторной - - Примесная проводимость полупроводников Число дырок увеличивается

Примесная проводимость полупроводников Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение: р – типа (positivus – положительный) n – типа ( negativus - отрицательный) Основные носители заряда - дырки Основные носители заряда - электроны - Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда количество которых растет при увеличении температуры ( в полупроводнике p – типа - электроны, а в полупроводнике n – типа - дырки), Объясните, как изменяется количество неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике при T +

Вопросы для контроля Объясните характер проводимости полупроводников р – типа Объясните характер проводимости полупроводников n – типа На основе строения полупроводника объясните зависимость его сопротивления от температуры Для чего легируют чистые полупроводники

Домашнее задание П. 113, 114 учить Задачник №817, 873, 874

Электрический ток через контакт полупроводников р-n типа Урок изучения нового материала 10 класс

p – n переход и его свойства Электрический контакт двух полупроводников p и n типа называется p – n переходом + _ 1. Прямое включение + + + + - - - - Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево) Такое включение называется прямым, сопротивление перехода мало, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток р n

+ _ 2. Обратное включение + + + + - - - - Основные носители заряда не проходят через p – n переход Такое включение называется обратным, сопротивление перехода велико, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток р n Запирающий слой p – n переход и его свойства

Основное свойство p – n перехода - его односторонняя проводимость Вольт – амперная характеристика p – n перехода (ВАХ) I (A) U (В) Объясните на основе строения полупроводников и свойствах p – n перехода график зависимости силы тока от напряжения (ВАХ) перехода p – n переход и его свойства

Полупроводниковый диод и его применение Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус Обозначение полупроводникового диода на схемах Достоинства полупроводниковых диодов 1. малые размеры и масса 2. длительный срок службы 3. высокая механическая прочность Недостатки полупроводниковых диодов 1. зависимость их параметров от температуры (не могут работать при t°<,- 70° 2. при t°>,80° (для Ge) и t°>,125°(для Se) рабочие параметры резко ухудшаются Полупроводниковые диоды изготавливают чаще из кристаллов кремния, в которые вплавляют примеси, сдающие на границе р - n переход

Полупроводниковый диод и его применение Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ) I (A) U (В) Основное свойство диода – его односторонняя электрическая проводимость Отношение значения прямого тока к значению обратного называется коэффициентом выпрямления. В хороших диодах коэффициент выпрямления достигает значения 106

Полупроводниковый диод и его применение Выпрямление переменного тока Детектирование электрических сигналов Стабилизация тока и напряжения Передача и прием сигналов Прочие применения

Вопросы для контроля Как, имея источник тока и лампочку, проверить исправность полупроводникового диода Объясните принцип выпрямления переменного тока с помощью полупроводникового диода Расскажите об основных применениях полупроводниковых диодов

Решите задачи: Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю? Какой графиков зависимости R от Т соответствуют металлическому проводнику? R Т

Решите задачи: 4. Что надо сделать, чтобы электропроводность германия и кремния стала такой же, как электропроводность металла (диэлектрика)? 5. Почему при изготовлении полупроводниковых материалов обращается исключительное внимание на степень их чистоты?

А + _ 0 1 2 3) По результатам опыта определите, из какого вещества изготовлено тело: а) металлического проводника, в) полупроводника? ? 2) Какой опыт проводят на установке? 1) Из каких элементов состоит электрическая цепь?

Домашнее задание П.115 учить (Учебник «Физика-10» Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий) Задачник (Рымкевич) №875, 876, 877 решить