Презентация по физике "Электрический ток в полупроводниках" (10 класс)

• 1 слайд

  Электрический ток
  в полупроводниках
  Урок изучения нового материала
  10 класс
  

• 2 слайд

  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
  

• 3 слайд

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

• 4 слайд

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

• 5 слайд

  Свойства полупроводников
  

• 6 слайд

  Свойства полупроводников
  

• 7 слайд

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

• 8 слайд

  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
  

• 9 слайд

  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
  -
  -
  

• 10 слайд

  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
  ?
  

• 11 слайд

  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
  

• 12 слайд

  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
  

• 13 слайд

  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
  +
  

• 14 слайд

  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
  

• 15 слайд

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

• 16 слайд

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

• 17 слайд

  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
  

• 18 слайд

  +
  _
  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
  

• 19 слайд

  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
  

• 20 слайд

  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
  

• 21 слайд

  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
  

• 22 слайд

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

• 23 слайд

  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
  
  

• 24 слайд

  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
  R
  Т
  

• 25 слайд

  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?
  
  
  

• 26 слайд

  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?
  

• 27 слайд

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