Лабораторная работа: «Электрические свойства полупроводников"

Лабораторная   работа:   «Электрические   свойства Тема   занятия:   полупроводников" Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:  определить Задачи занятия:  Образовательная: Определить электрические свойства полупроводников Развивающие. Развивать умение наблюдать, формировать представление о  процессе научного познания. Воспитательная. Развивать познавательный интерес к предмету, вырабатывать  умение слушать и быть услышанным. Планируемые   образовательные   результаты:   способствовать   усилению практической направленности в обучении физики, формировании умений применять полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических  объектов, умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать   инициативу  и активность  при решении физических задач, формировать умение   работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства  наглядности (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности  алгоритмических предписаний и умений действовать в соответствии с  предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической  схеме, собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1.   Организация   начала   урока   (отметка   отсутствующих,   проверка   готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин. Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и  знакомит учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель создает условия для мотивации учебной деятельности. Освоение нового материала: Теория.    ток   в полупроводниках   не   сопровождается   переносом   вещества   —   никаких химических изменений не происходит. Отсюда следует, что носителями тока в полупроводниках,   как   и   в   металлах,   являются   электроны.   Однако,   между полупроводниками   и   металлами   имеются   и   глубокие   различия.   У   металлов валентные электроны, находящиеся на внешних электронных оболочках, слабо связаны с атомами, легко отделяются от атомов и образуют "электронный газ",   Экспериментально   установлено,   что   электрический концентрация которого очень велика. В   полупроводниках   валентные   электроны   значительно   сильнее   связаны   с атомами.   Поэтому   концентрация   электронов   проводимости   при   комнатной температуре в полупроводниках незначительна она в миллиарды раз меньше, чем у   металлов   и   удельное   сопротивление   при   низкой   температуре   велико,   оно близко к удельному сопротивлению диэлектриков. При внешнем воздействии на кристаллы полупроводника (освещении его или нагревании   )   некоторые   электроны   приобретают   энергию   достаточную   для разрыва ковалентных связей. Такие электроны становятся свободными ­ то есть электронами проводимости. У того атома, от которого внешним воздействием электрон, был переведен в свободное состояние, появилось вакантное место с не достающим   электроном.   Его   называют   "дыркой".   "Дырка"   ведет   себя   как положительно заряженная частица. Какой­либо из электронов соседних атомов может занять вакантное место, тогда "дырка" образуется в соседнем атоме и так далее,   следовательно   электрический   ток   в   полупроводнике   создается электронами   и   "дырками",   то   есть   полупроводники   обладают Полупроводниковые   кристаллы   в   которых   электроны   служат   особыми носителями заряда называют электронно­дырочной проводимостью. Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси поставляющие   электроны   проводимости   без   возникновения   равного   им количества   "дырок"   называют  донорными  электронными   полупроводниками, или проводниками n­типа (от «негатив» ­ отрицательный). Примеси,   захватывающие   электроны   и   создающие   тем   самым   подвижные "дырки", не увеличивая при этом числа электронов, называют акцепторными. Такие   полупроводники,   у   которых   концентрация   "дырок"   превышает концентрацию электронов проводимости, называют полупроводниками  р­типа (от «позитив» ­ положительный), или дырочными полупроводниками. Основным   свойством   полупроводников   оказалось   свойство односторонней проводимости   так   называемого  р­n­перехода,   то   есть   контакта   двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимостей. Приборы   и   принадлежности:  источник   тока   4В,   миллиамперметр   0,3   ­   750мА, вольтметр 0 ­ 6 В, диод Д­226, потенциометр на 100 кОм, ключ, транзистор П401, соединительные провода.  Допуск к лабораторной работе № 10 1. Почему с повышением температуры полупроводников их сопротивление уменьшается? A Уменьшается концентрация свободных носителей зарядов. Б.Увеличивается концентрация свободных носителей зарядов. B. Увеличивается скорость электронов. 2. В четырехвалентный кремний в качестве примеси вводят трехвалентный индий. Каким будет  основной ток в кремнии? A. Электронный.   Б. Дырочный. B. Электронно­дырочный. 3.  Как меняется сопротивление примесных полупроводником при увеличении температуры? A. Увеличивается.   Б. Уменьшается.   B. Не меняется. 4. Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры близкой к  абсолютному нулю?                     A. Нет.  Б. Да.  B. Да, если охладить в магнитном поле. 5. В четырехвалентный германий в качестве примеси вводят пятивалентный мышьяк. Каким  будет основной ток в германии? A. Электронный.  Б. Дырочный.  B. Электронно­дырочный. 6. Проводник с акцепторной проводимостью поместили в электрическое поле. При этом  основными носителями являются:  A. Электроны;   Б. Дырки;   B. Электроны и дырки. 7. Представлены три варианта включения полупроводниковых диодов в цепь с одним и тем же  источником тока. В каком случае сила тока максимальна 1. 2. 3. А. 1;  Б. 2;   В. 3 8. Чистый полупроводник поместили в электрическое поле. При этом в первой половине  собрались электроны, во второй половине дырки. Затем полупроводник разделили пополам  Какая часть тяжелее                    А.1;            Б. Равны;          В. 2 9. Что происходит при слиянии электрона и дырки A. Образуется нейтральный атом.    Б.Образуется отрицательный ион, энергия выделяется  .    B. Образуется нейтральный атом, энергия выделяется.. 10. Энергии, необходимые для образования электронов проводимости в германии и кремнии,  равны соответственно 1,12 • 10 ­19 Дж и 1,76 • 10 ­19. В каком из этих полупроводников при данной температуре будет больше концентрация свободных электронов проводимости? A. В германии. Б. В кремнии. B. Равны. Порядок проведения работы: 1.      Проверка   односторонней   проводимости   диода   и   снятие   вольтамперной характеристики. 1.1. Составить цепь по схеме, изображённой на стенде; 1.2.  Включить диод в прямом направлении, замкнуть цепь, отметить величину тока. Поменяв направление диода, убедиться в отсутствии тока в цепи; 1.3.  Диод   снова   включить   в   прямом   направлении   и   установить   потенциометром напряжение, при котором ток будет равен нулю; 1.4.  Затем, перемещая ползунок потенциометра постепенно увеличить напряжение на 0,2  В  и   каждый   раз   отмечать   значение   тока   в  цепи.  При   этом   диапазон   измерений миллиамперметра изменять по мере возрастания тока от 30 мА до 750 мА; 1.5.  Результаты измерений занести в таблицу 1.1.;  1.6.  Построить график зависимости прямого тока от напряжения.  Таблица 1.1. I — постоянный ток (мА) №.\№ 1 2 3 4 5 6  U­ напряжение (В) 0 1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 6 2 3 4 5 2.    Проверка наличия р­n переходов в транзисторе. 2.1. Установить с помощью потенциометра 2 В. 2.2. Проверить первый р­n переход эмиттер­база, для чего: а) подключить в гнёзда диода на стенде клемму транзистора "Э" к "+", а клемму "Б" к "­", включить цепь, б) поменяв местами клеммы "Э" и "Б", убедиться в отсутствии тока. 2.3. Проверить наличие второго р­n перехода коллектор­база, для чего: а) клемму "К" подключить к "+", а клемму "Б" к "­", включить, б) поменяв местами клеммы "К" и "Б", убедиться в отсутствии тока. 2.4. По результатам проверки пункта 2 сделать соответствующий вывод.  3.   Сделать вывод о проделанной работе. 4.   Ответить на контрольные  вопросы. Контрольные вопросы: 1. В чём различие проводимости проводников и полупроводников? 2.  Как   объяснить   уменьшение   сопротивления   полупроводников   при   возрастании температуры? 3. Из чего состоит полупроводниковый диод и транзистор и их условное обозначение? 4. Что показывает вольтамперная характеристика диода? 5. Составить электрическую схему включения транзистора с общим эмиттером Домашнее задание:  Доклад:  Принцип работы МГД – генератора.  Использование полупроводниковых приборов.