Кукина Е.Л.,урок физики по теме ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В

реклама
содержание
Стремительный прогресс и
миниатюризация электроники,
повсеместно используемой в
компьютерах, радио,
телевидении и других средствах
связи, стали возможными
благодаря использованию
интегральных схем.
Эти схемы невозможно
представить без
полупроводниковых приборов.
В данной работе автор рассматривает, что из себя
предоставляют полупроводники, для чего они
предназначены и где применяются
Содержание
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Сначала
Полупроводники в природе
Физические свойства полупроводников
Собственная проводимость полупроводников
Примесная проводимость полупроводников
p – n переход и его электрические свойства
Применение полупроводников
Тест
Полупроводники в природе
содержание
Все вещества в природе можно условно разделить на проводники
электрического заряда, диэлектрики(непроводники) и вещества занимающие
промежуточное положение между ними. Эти вещества называют
полупроводниками. В обычных условиях они не проводят электрический заряд,
но при изменении этих условий могут превратиться в проводники.
К числу полупроводников относятся многие химические элементы
(германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество
сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Почти все
неорганические вещества окружающего нас мира — полупроводники. Самым
распространённым в природе полупроводником является кремний,
составляющий около 30 % земной коры.
содержание
Физические свойства полупроводников
Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной
проводимости занимают промежуточное место между проводниками и
диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной
проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов
излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение
электрической проводимости с ростом температуры.
Электрические
свойства веществ
Проводники
Хорошо проводят
электрический ток
К ним относятся
металлы, электролиты,
плазма …
Наиболее используемые
проводники – Au, Ag, Cu,
Al, Fe …
Полупроводники
Занимают по
проводимости
промежуточное
положение
между
проводниками и
диэлектриками
Si, Ge, Se, In, As
Диэлектрики
Практически не
проводят
электрический ток
К ним относятся
пластмассы, резина,
стекло, фарфор, сухое
дерево, бумага …
содержание
Физические свойства полупроводников
Проводимость полупроводников зависит от температуры. В отличие от
проводников, сопротивление которых возрастает с ростом температуры,
сопротивление полупроводников при нагревании уменьшается.
Вблизи абсолютного нуля температуры полупроводники имеют свойства
диэлектриков.
R (Ом)
металл
R0
полупроводник
t (0C)
Это происходит потому, что при увеличении температуры растет число
свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет,
сопротивление уменьшается
содержание
Собственная проводимость
полупроводников
При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках
отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не
проводит электрический ток. Рассмотрим это на примере кремния.
-
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 этом
свободных электрических
зарядов нет.
содержание
«Дырка»
При нагревании кинетическая энергия электронов увеличивается
и самые быстрые из них покидают свою орбиту. Во время разрыва
связи между электроном и ядром появляется свободное место в
электронной оболочке атома. В этом месте образуется условный
положительный заряд, называемый «дыркой».
Si
+
-
-
свободный
электрон
Si
-
+
-
Si
дырка
Si
-
+
Si
содержание
Собственная проводимость
полупроводников
Валентный электрон соседнего атома, притягиваясь к дырке, может
перескочить в нее (рекомбинировать). При этом на его прежнем месте
образуется новая «дырка», которая затем может аналогично перемещаться по
кристаллу.
содержание
Собственная проводимость
полупроводников
Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение
освободившихся электронов и «дырок» происходит беспорядочно и
поэтому не создаёт электрического тока.
Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают
упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток.
Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью
полупроводников. При этом движение электронов создаёт электронную
проводимость, а движение дырок – дырочную проводимость.
Примесная проводимость
полупроводников
содержание
Дозированное введение в чистый проводник примесей позволяет целенаправленно
изменять его проводимость.
Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют
примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные
примеси
Акцепторные
Донорные
Полупроводники
p-типа
Полупроводники
n-типа
содержание
Электронные полупроводники (n-типа)
Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный
заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную
природу. В четырехвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют
примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). При
легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As, один из 5
электронов мышьяка становится свободным. В данном случае перенос заряда
осуществляется в основном электронами, т.к. их концентрация больше чем
дырок. Такая проводимость называется электронной. Примеси, которые
добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в
полупроводники n-типа, называются донорными.
Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:
-
Si
Si
-
Si
-
As
-
Si
-
Таким образом изменяя
концентрацию мышьяка, можно
в широких пределах изменять
проводимость кремния.
содержание
Дырочные полупроводники (р-типа)
Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего
положительный заряд основных носителей. В четырехвалентный
полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество
атомов трехвалентного элемента (например, индия). Примеси, которые
добавляют в этом случае, называются акцепторными. Если кремний
легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у
индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дополнительная дырка. В
таком полупроводнике основными носителями заряда являются дырки, а проводимость
называется дырочной.
Проводимость P-полупроводников приблизительно равна:
-
Si
Si
-
Si
-
In
+
-
Si
Изменяя концентрацию индия,
можно в широких пределах изменять
проводимость кремния, создавая
полупроводник с заданными
электрическими свойствами.
содержание
Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа,
называемый p – n переходом
1. Прямое включение
р
+
n
+
+
+
-
+
-
_
-
Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда
(дырки двигаются вправо, электроны – влево)
Сопротивление перехода мало, ток велик.
Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n
переход хорошо проводит электрический ток.
содержание
2. Обратное включение
р
_
n
+
+
+
-
+
-
+
-
Запирающий слой
Основные носители заряда не проходят через p – n переход.
Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует.
Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n
переход практически не проводит электрический ток.
содержание
Итак, основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней
проводимости
Вольт – амперная характеристика p – n перехода (ВАХ)
I (A)
U (В)
содержание
Диод
Полупроводниковый диод состоит из двух типов полупроводников —
дырочного и электронного. В процессе контакта между этими областями из
области с полупроводником n-типа в область с полупроводником p-типа
проходят электроны, которые затем рекомбинируют с дырками. Вследствие
этого возникает электрическое поле между двумя областями, что
устанавливает предел деления полупроводников — так называемый
p-n переход. В результате в области с полупроводником p-типа возникает
некомпенсированный заряд из отрицательных ионов, а в области с
полупроводником n-типа возникает некомпенсированный заряд из
положительных ионов. Разница между потенциалами достигает 0,3-0,6 В.
Связь между разницей потенциалов и концентрацией примесей
выражается следующей формулой:
где VT — термодинамическое напряжение, Nn — концентрация электронов,
Np — концентрация дырок, ni — собственная концентрация.
содержание
Диод
содержание
Транзистор
Транзистор — полупроводниковое устройство, которое состоит из
двух областей с полупроводниками p- или n-типа, между которыми
находится область с полупроводником n- или p-типа. Таким образом, в
транзисторе есть две области p-n перехода. Область кристалла между
двумя переходами называют базой, а внешние области называют
эмиттером и коллектором. Самой употребляемой схемой включения
транзистора является схема включения с общим эмиттером, при
которой через базу и эмиттер ток распространяется на коллектор.
Биполярный транзистор используют для усиления электрического тока.
содержание
Применение
полупроводниковых
диодов
Выпрямление
переменного тока
Детектирование
электрических сигналов
Стабилизация тока и
напряжения
Передача и прием
сигналов
Прочие применения
содержание
Тест
1. Ток в полупроводнике – это
упорядоченное движение …
1) положительных и отрицательных ионов
2) электронов и положительных и
отрицательных ионов
3) электронов и дырок в противоположных
направлениях
4) свободных электронов
содержание
Тест
2. Для усиления электронной
проводимости полупроводника
необходимо …
1)
2)
3)
4)
нагреть полупроводник
добавить примесь большей валентности
осветить полупроводник
добавить примесь меньшей валентности
содержание
Тест
3. Зависимость сопротивления
полупроводников от температуры
лежит в основе действия прибора …
1)
2)
3)
4)
транзистора
Фоторезистора
терморезистора
диода
содержание
Тест
4. Чтобы получить полупроводник
n-типа надо добавить к
четырёхвалентному элемент …
1)
2)
3)
4)
индий
германий
мышьяк
олово
содержание
Тест
5. Полупроводниковый прибор,
применяющийся для выпрямления
переменного тока , называется …
1)
2)
3)
4)
транзистор
терморезистор
Фоторезистор
диод
содержание
Презентацию создал ученик 9 класса
МОУ СОШ № 37
Болдырев Евгений
под руководством учителя физики
Кукиной Е. Л.
Скачать