Конспект урока на тему Электрический ток в полупроводниках

Конспект урока на тему «Электрический ток в полупроводниках»

Носители заряда (проводимость)

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами по своей способности проводить электрический ток. Они обладают свойствами, которые позволяют изменять их проводимость в зависимости от внешних условий.

Основные носители заряда в полупроводнике:

o    Электроны – отрицательно заряженные частицы, перемещающиеся в зоне проводимости.

o    Дырки – положительно заряженные квазичастицы, представляющие собой отсутствие электрона в валентной зоне.

Природа появления заряда

В чистых (собственных) полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки, которые образуются при тепловом возбуждении атомов. При этом электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости, оставляя после себя дырку. Эти процессы называются генерацией и рекомбинацией пар электрон-дырка.

При введении примесей в полупроводник (легирование) появляются дополнительные носители заряда:

o    Примеси донорного типа (например, фосфор в кремнии) добавляют лишние электроны, увеличивая концентрацию свободных электронов.

o    Примеси акцепторного типа (например, бор в кремнии) захватывают электроны, создавая дополнительные дырки.

Собственная и примесная проводимости

o    Собственная проводимость обусловлена наличием свободных электронов и дырок, возникающих за счет теплового возбуждения. Она характерна для чистых полупроводников.

o    Примесная проводимость возникает за счет введения примесей. Полупроводники с преобладанием электронов называются n-типа, а с преобладанием дырок – p-типа.

Зависимость от температуры

Проводимость полупроводников существенно зависит от температуры. При повышении температуры увеличивается число свободных носителей заряда, что ведет к росту проводимости. Это свойство используется в термочувствительных устройствах, таких как терморезисторы.

ВАХ (вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика описывает зависимость силы тока через полупроводник от приложенного напряжения. Для полупроводников ВАХ имеет нелинейную форму.

Особенности ВАХ полупроводников:

1.       Прямое включение: При положительном напряжении на p-n переходе ток быстро возрастает. Это объясняется тем, что электроны и дырки свободно пересекают переход.

2.       Обратное включение: При отрицательном напряжении ток мал до достижения определенного порогового значения (напряжение пробоя). После этого ток резко возрастает. Это связано с процессом лавинной ионизации.

Особенности прохождения тока

Прохождение тока в полупроводниках обусловлено движением электронов и дырок. Важную роль играют процессы диффузии и дрейфа носителей заряда:

o    Диффузия – перемещение носителей заряда из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

o    Дрейф – движение носителей заряда под воздействием электрического поля.

Применение

Полупроводники широко применяются в современной электронике благодаря своим уникальным свойствам:

o    Диоды: устройства, позволяющие току течь только в одном направлении. Используются для выпрямления переменного тока.

o    Транзисторы: активные элементы схем, способные усиливать сигналы. Основой большинства современных интегральных схем.

o    Фотодиоды: преобразуют световую энергию в электрический ток. Применяются в солнечных батареях и датчиках освещения.

o    Светодиоды: излучают свет при прохождении через них электрического тока. Широко используются в осветительной технике и дисплеях.

o    Микропроцессоры и микросхемы: основа вычислительной техники и автоматизации процессов.

Таким образом, полупроводники играют ключевую роль в развитии электроники и информационных технологий.