Презентация к уроку Электрический ток в полупроводниках
advertisement
Временно секретная информация Существует третий класс веществ, отличающийся от проводников и диэлектриков полупроводники Цели урока: Познакомиться с особым классом веществ – полупроводниками, понять, что такое собственная и примесная проводимость полупроводников, изучить зависимость электропроводимости полупроводников от температуры и наличия примесей. Корректируем свои представления о группах веществ по электрической проводимости по электрической проводимости вещества можно разделить на 3 основные группы: Основные группы веществ Проводники Хорошо проводят электрический ток К ним относятся металлы, электролиты, плазма … Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Диэлектрики Полупроводники Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками Si, Ge, Se, In, As и др. Практически не проводят электрический ток К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага … Кроме 12 чистых химических элементов, полупроводниками являются многие оксиды и сульфиды металлов, некоторые органические вещества. Наибольшее применение в технике имеют германий Ge и кремний Si Собственная проводимость полупроводников Проводимость чистых полупроводников называют собственной проводимостью Способность веществ проводить ток обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц Например, в металлах это свободные электроны Какую роль в создании тока играет электрическое поле? Е Рассмотрим проводимость полупроводников на примере кремния Si - - Si Si - Si - - - Si Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 неспаренных электрона, которые образуют связи с 4 соседними атомами Si - Видно, что в полупроводнике отсутствуют свободные заряженные частицы, следовательно, полупроводник не может проводить электрический ток. Но так бывает при обычных условиях, при невысоких температурах Что произойдёт, если увеличить температуру вещества? - - Si +- Si свободный электрон Si +- дырка - - Si - +- Si Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток При увеличении температуры энергия и скорости движения электронов увеличиваются и некоторые из них отрываются от своих атомов, становясь свободными электронами. Оставшиеся вакантные места с некомпенсированным положительным зарядом (виртуальные заряженные частицы), называют дырками В чистых полупроводниках электрический ток создают одинаковое количество свободных электронов и дырок. Это собственная проводимость полупроводников R (Ом) металл R0 полупроводник t (0C) Сравните и объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры Примесная проводимость Проводимость полупроводников с добавлением примесей называется примесной проводимостью Для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные Донорные примеси - - Si Si - - - As - - Si - - Si При добавлении в четырёх валентный кремний Si пяти валентного мышьяка As, один из пяти электронов мышьяка становится свободным Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния Примесь, дающая свободные электроны, называется донорной, полупроводник с донорной примесью называют полупроводником n – типа, основными носителями заряда в нём являются электроны. Акцепторные примеси Если в кремний добавить трехвалентный индий, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка - - Si - - In + - Si Si - Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами Si - Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь, дающая дырки, называется акцепторной Вывод: существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение: полупроводники р – типа и полупроводники n - типа + р - типа Основные носители заряда дырки - n - типа Основные носители заряда электроны Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда ( в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки Вопросы для повторения 1. Что такое полупроводники? 2. Какими частицами создаётся ток в полупроводниках? 3. Чем примесная проводимость отличается от собственной? 4. Для чего легируют чистые полупроводники? 5. Что такое полупроводник р – типа? 6. Что такое полупроводник n – типа? 7. Почему с увеличением температуры сопротивление полупроводников уменьшается? Вопросы для дальнейшего изучения электропроводимости полупроводников на следующих уроках 1. Контакт полупроводников р и n-типа (электроннодырочный переход). 2. Односторонняя проводимость р и n- перехода и полупроводниковые диоды. 3. Применение полупроводниковых диодов Домашнее задание: 1. Подготовить сравнительную таблицу «Электрический ток в различных средах». 2. Подготовить сообщение «Первое практическое применение полупроводниковых термоэлементов в годы ВОВ» («Партизанский котелок») – по желанию.
