Электрический ток в проводниках 10 класс

КГУ «Средняя школа №1 имени Димитрова» ООАФР
«Электрический ток в полупроводниках»
Урок в 10 классе
Учитель: Кравчута Ольга Александровна
Тема: «Электрический ток в полупроводниках»
Цели:
Обучающая: сформировать у учащихся знания о полупроводниках, их видах, умению объяснять процессы, происходящие внутри полупроводников.
Развивающая: продолжить формирования у учащихся ряда умений частично-поисковой познавательной деятельности: осознать проблему, делать выводы и обобщения. Перейти от умения применять ранее полученные знания в знакомой ситуации к умению использовать их в несколько изменённой ситуации, продолжить развитие политехнического образования.
Воспитательная: возбудить у учащихся интерес к учебному материалу и познавательным действиям, продолжить формирование у учащихся основ научного мировоззрения.
Задачи:
Научить учащихся применять знания данной темы на практике.
Активизировать устную речь учащихся.
Развивать логическое мышление.
Формировать навыки самоконтроля.
Проанализировать типичные ошибки при выполнении заданий.
Воспитывать познавательный интерес учащихся к учебным дисциплинам.
Формы и виды деятельности, обеспечивающие достижение поставленной цели:
Фронтальная устная работа.
Общеклассная и индивидуальная работа.
Самостоятельная работа с элементами самопроверки.
Эксперимент.
Т.С.О.
Применение словесных, наглядных, практических и поисковых методов обучения.
Тема урока: «Электрический ток в полупроводниках»
Цель урока:
Обучающая: сформировать у учащихся знания о полупроводниках, их видах, умению объяснять процессы, происходящие внутри полупроводников.
Развивающая: продолжить формирования у учащихся ряда умений частично-поисковой познавательной деятельности: осознать проблему, делать выводы и обобщения. Перейти от умения применять ранее полученные знания в знакомой ситуации к умению использовать их в несколько изменённой ситуации, продолжить развитие политического образования.
Воспитательная: возбудить у учащихся интерес к учебному материалу и познавательным действиям, продолжить формирование у учащихся основ научного мировоззрения.
Оборудование: источник тока, нихромовая спираль, амперметр, паяльник, полупроводник, гальванометр, провода, диопроэктор, слайды, экран, магнитная доска, таблицы, раздаточный материал.Ход урока:
1.Орг. момент
2. Изучение нового материала.
Проблемная ситуация.
греем - ток уменьшается

А
R
греем - ток увеличивается.
R

Почему?
Обсуждаем проблему.
Вопросы:
Что называется электрическим током?
Каковы условия необходимые для существования электрического тока?
Вывод: Существуют твёрдые тела: R~T - проводники.
R~ 1\T - полупроводники.
R
проводник
полупроводник
T
Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых с увеличением температуры резко уменьшается.
Примеры: кремний (Si), германий (Ge), сульфид серебра (PbS), сульфид кадмия (CdS)
Рассмотрим строение полупроводника на примере кристалла кремния.
Кремний (Si) находится в IV группе периодической системы химических элементов. На внешней оболочке атома имеется четыре электрона, слабо связанных с ядром.
Схема структуры кристалла кремния выдаётся каждому ученику:

Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si SiВзаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парно электронной связи (ковалентной). В образовании этой связи от каждого атома участвуют по одному валентному электрону, которые отщепляются от атома. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.
Парно электронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому при низких температурах кремний не проводит электрический ток. Валентные электроны прочно привязаны к кристаллической решётке и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение. Электрический ток отсутствует.
При нагревании полупроводника (Si) кинетическая энергия валентных электронов повышается и наступает разрыв отдельных связей, образуя при этом свободный электрон и дырку - вакантное место. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, нормальными связями.
В электрическом поле они (свободные электроны и дырки) перемещаются между узлами решётки, образуя электрический ток. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью, а проводимость, обусловленную наличием у них дырок, называют дырочной проводимостью. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 1017 до 1024 м-3. Это приводит к уменьшению сопротивления. Мы рассмотрели механизм собственной проводимости.
Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, т.к. мало число свободных электронов. Например, при комнатной температуре Ne = 3 1013 см-3 , а Na = 1023 см-3, т.е. число свободных электронов составляет примерно одну десятимиллиардную часть от общего числа атомов.
Проводимость полупроводников чрезвычайно зависит от примесей. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно менять число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники различной проводимости: p - типа, n - типа.
Полупроводники n - типа.
Примесь атомов мышьяка (As) элемента V группы, даже при очень малой концентрации резко увеличивает число свободных электронов в полупроводнике. Атомы мышьяка (As) имеют пять валентных электронов. Четыре из них участвуют в создании ковалентной связи данного атома с атомом кремния. Пятый валентный электрон становится свободным.
Выдаётся каждому ученику:

Si Si Si Si Si Si Si Si
As As As As As As As As Si Si Si Si Si Si Si Si
Примеси, легко отдающие электроны, называют донорными (отдающими) примесями. Полупроводники, имеющие донорные примеси, обладают большим числом электронов (по сравнению с числом дырок), их называют полупроводниками n - типа (от слова negativ - отрицательный). В полупроводниках n - типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки - не основными носителями заряда.
Полупроводники p - типа.
Если в качестве примеси использовать индий (In), элемент III группы, то резко увеличится число дырок. Атомы индия (In) имеют три валентных электрона. Теперь для образования нормальных парно электронных связей с соседями атому индия недостаёт электрона. В результате образуется дырка. Число дырок в кристалле равно числу атомов примеси.
Выдаётся каждому ученику:


Si Si Si Si Si Si Si Si
In In In In In In In In Si Si Si Si Si Si Si Si
Такого рода примеси называют акцепторными (принимающими) примесями. Полупроводники, имеющие акцепторные примеси, обладают большим числом дырок (по сравнению с числом электронов), их называют полупроводниками
p - типа (от слова positiv - положительный). В полупроводнике p - типа дырки являются основними носителями заряда, а электроны - неосновными носителями заряда.
Применение полупроводников:
Вся бытовая, научная, военная, космическая техника работает на полупроводниках.
Закрепление нового материала:
Задача:
Для получения примесной проводимости нужного типа в полупроводниковой технике часто применяют фосфор, галлий, мышьяк, индий, сурьму. Какой из этих элементов можно ввести в качестве примеси в германий, чтобы получить:
электронную проводимость?
чтобы получить дырочную проводимость?
Итог урока:
Понятие полупроводника
Виды полупроводника
Применение полупроводника
Оценивание учащихся за работу на уроке
Домашнее задание: