Презентация к уроку Электрический ток в полупроводниках

реклама
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.
Скачать