Конспект урока физики 10 класс по теме: "Электрический ток в полупроводниках"

Познакомиться:
с зависимостью сопротивления полупроводников от температуры на основе электронных представлений;
с моделью электрического тока в полупроводниках;
с закономерностью протекания тока через р-n переход;
с применением полупроводников.

сформировать умения сравнивать, анализировать и сопоставлять модель электрического тока в полупроводниках р-типа и n-типа

Электрический ток? Направление тока? Условия возникновения и существования?
Характеристики электрического тока? Дать понятие.
Что представляет собой электрический ток в металлах? Подчиняется ли он закону Ома? Вольт - амперная характеристика.

4. Сопротивление. Причина сопротивления. От чего зависит сопротивление? (формулы, график)
5. Сверхпроводимость и ее применение.

вещества, которые по своей электропроводности находятся между проводниками и диэлектриками
Примеры:
кремний, селен, сера, мышьяк, германий и т.д.

Характер зависимости сопротивления от температуры

металлы

полупроводники

t

Si

Si

Si

Si

осуществляется с помощью (парноэлектронной) ковалентной связи
при низкой температуре эта связь прочная
поэтому полупроводник ведет себя как диэлектрик

Кинетическая энергия валентных электронов увеличивается, происходит разрыв отдельных связей.
В результате электроны покидают свое место и перемещаются по всему кристаллу (свободный )
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном – дырка.

Si

Si

Si

Si

дырка

существуют носители зарядов двух типов: электроны и дырки.
Полупроводники обладают электронной и дырочной проводимостью

Si

Si

Si

Si

дырка

атомы,
ионы

электроны

1. Структурные единицы – атомы, положительные ионы, свободные электроны, дырки.
Носители заряда – свободные электроны и дырки
2. Атомы и ионы расположены упорядочено, в узлах кристаллической решетки; дырки и электроны – беспорядочно по всему объему полупроводника

3. Атомы и ионы - колеблются около положения равновесия;
дырки - перемещаются вдоль направления силовых линий поля;
электроны – против силовых линий.
4. Атомы и ионы препятствуют направленному движению носителей заряда

5. Макропараметры:
сила тока I, напряжение U, температура Т.
Микропараметры:
скорость электронов ,
скорость дырок ,
концентрация электронов nэ
концентрация дырок nд

Собственная – проводимость чистых полупроводников не содержащих каких либо примесей
Примесная – проводимость полупроводников содержащих примеси

Донорная – примесь легко отдающая электроны
Акцепторная – примесь захватывающая электроны и создающая дырки

n – типа
полупроводник, содержащий донорную примесь
2. р – типа
полупроводник, содержащий акцепторную примесь

Si

Si

Si

Si

As

свободный электрон

Si

Si

Si

Si

ОНЗ - электроны

Не ОНЗ - дырки

nэ>>nд

Si

Si

Si

Si

In

дырка

Si

Si

Si

Si

Не ОНЗ - электроны

ОНЗ - дырки

nд>>nэ

Зависимость силы тока от напряжения
U↑, E↑, F↑, a↑, ϑдр↑ => I↑
2. Зависимость силы тока от температуры
Т↑ => nэл ↑, nд ↑ => I ↑

3. Зависимость сопротивления от температуры
Мысленно нагреваем образец полупроводника при U=const
Кинетическая энергия валентных электронов увеличивается, происходит разрыв отдельных связей, число электронов и дырок увеличивается.

ϑэл↑, ϑдр ↑
Т↑ => I ↑
nэл ↓, nд ↓

Сильное влияние оказывает концентрация электронов и дырок !!!

+
+
+
+

Диффузия прекращается после того, как электрическое поле, возникающее в зоне перехода, начинает препятствовать дальнейшему перемещению электронов и дырок.

+
+
+
+

+

Е з

Евнешн.

Ток через переход осуществляется основными носителями заряда (прямой переход). Проводимость велика, сопротивление мало.

+
+
+
+

+

Е з

Евнешн

Ток через переход осуществляется неосновными носителями заряда (обратный переход). Проводимость мала, сопротивление большое.

Прямой переход
(R – мало, проводимость большая)

Обратный переход
(R – большое,
проводимость мала)

p-n переход по отношению к току оказывается несимметричным: в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше, чем в обратном.
Это свойство используют для выпрямления переменного тока.

Изготавливают из германия, кремния, селена и других веществ

Преимущество:
Высокая надежность
Большой срок службы
Недостатки:
Ограниченный интервал температур
(от -70 до 125°С)

Чем полупроводники отличаются от проводников?
Модель электрического тока в полупроводниках
а) структурные единицы, носители заряда.
б) как расположены структурные единицы?

в) как они движутся?
г) как взаимодействуют между собой?
д) какими микро- и макропараметрами характеризуется модель?
3. Закономерности протекания тока
а) зависимость I(U)
б) зависимость R(T)
в) зависимость I (T)

4. Что называют p-n – переходом?
5. Что происходит в контакте двух проводников p и n – типов?
6. Что такое запирающий слой?
7. Какой переход называют прямым?
8. Для чего служит полупроводниковый диод?

В четырехвалентный кремний добавили первый раз трехвалентный индий, а во второй раз пятивалентный фосфор.
А. В первом – дырочной, во втором – электронной.
Б. В первом электронной, во втором дырочной.
В. В обоих случаях электронной.
Г. В обоих случаях дырочной

Каким типом проводимости в основном обладал полупроводник в каждом случае?
А. В первом – дырочной, во втором – электронной.
Б. В первом – электронный, во втором – дырочной.
В. В обоих случаях электронной.
Г. В обоих случаях дырочной.
Д. В обоих случаях электронно-дырочной

§ 114 прочитать

Вопросы письменно