Презентація з фізики на тему Електричний струм в напівпровідниках (9 клас, 11 клас)

ФІЗИКА 9 клас ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У НАПІВПРОВІДНИКАХ. Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 ЗАПИТАННЯ: Класифікація речовин по провідностіВласна провідність напівпровідниківДомішкова провідність напівпровідниківp-n перехід та його властивостіНапівпровідниковий діод та його застосуванняЗапитання для самоконтролю Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Класифікація речовин по провідності Запитання 1 Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Різні речовини мають різні електричні властивості, але по електричній провідності їх можна поділити на 3 основні групи: Електричні властивості речовин Провідники Напівпровідники Діелектрики Добре проводять електричний струм До них відносяться метали, електроліти, плазма …Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Практично не проводять електричний струмДо них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір … Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектрикамиSi, Ge, Se, In, As Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Згадаємо, що провідність речовин зумовлена наявністю в них вільних заряджених частинок Наприклад, в металах - це вільні електрони - - - - - - - - - - Згадайте і поясніть характер провідності металів та її залежність від температури Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Власна провідність напівпровідників Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Запитання 2 Розглянемо провідність напівпровідників на основі кремнію Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Кремній – 4 валентний хімічний елемент. Кожен атом має на зовнішньому електронному шарі по 4 електрони, які використовуються для утворення парноелектронних (ковалентних) зв’язків з 4 сусідніми атомами При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить електричний струм Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Розглянемо зміни в напівпровіднику при збільшенні температури Si Si Si Si Si - - - - - - + вільний електрон дірка + + При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них покидають зв’язки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що називаються дірками Під дією електричного поля електрони і дірки починають упорядкований (зустрічний) рух, утворюючи електричний струм - - Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою упорядкований рух вільних електронів і позитивних віртуальних частинок - дірок При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується R (Ом) t (0C) R0 метал напівпровідник Поясніть графіки залежності опору металів і напівпровідників від температури Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Домішкова провідність напівпровідників Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Запитання 3 Власна провідність напівпровідників недостатня для технічного застосування напівпровідників. Тому, для збільшення провідності, в чисті напівпровідники вносять домішки (легують), які бувають донорні та акцепторні. Донорні домішки Si Si As Si Si - - - - - - - При легуванні 4-валентного кремнію Si 5-валентним миш’яком As, один із 5 електронів миш’яку стає вільним.Таким чином змінюючи концентрацію миш’яку, можна в широких межах змінювати провідність кремнію. Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу, основними носіями заряду являються електрони, а домішка миш’яку, що дає вільні електрони, називається донорною. - - Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Акцепторні домішки Якщо кремній легувати трьохвалентним індієм, то для утворення зв’язків з кремнієм в індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка. Si Si In Si Si - - - - - + Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями. Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною. - - Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне застосування: р-типу n-типу Основні носії заряду - дірки Основні носії заряду - електрони + - Крім основних носіїв у напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n-типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур. Поясніть, як змінюється кількість неосновних носіїв заряду в домішковому напівпровіднику при збільшенні температури Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 p-n перехід і його електричні властивості Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Запитання 4 Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що називається p-n переходом. + _ 1. Пряме включення + + + + - - - - Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки рухаються вправо, електрони – вліво) Опір переходу малий, струм великий. Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід добре проводить електричний струм. р n Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 + _ 2. Зворотне включення + + + + - - - - Основні носії заряду не проходять через p-n перехід Опір переходу великий, струм практично відсутній Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n перехід практично не проводить електричного струму. р n Запираючий шар Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній провідності Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ) I (A) U (В) Поясніть на основі будови напівпровідників і властивостей p-n переходу графік залежності сили струму від напруги (ВАХ) переходу Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Напівпровідниковий діод та його застосування Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Запитання 5 Напівпровідниковий діод – це p-n перехід, поміщений в корпус Позначення напівпровідникового діода на схемах Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода (ВАХ) I (A) U (В) Основна властивість діода – його одностороння електрична провідність Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Застосування напівпровідникових діодів Випрямляння змінного струму Детектування електричних сигналів Стабілізація струму і напруги Передання і приймання сигналів Інші застосування Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4 Поясніть характер провідності напівпровідників р-типуПоясніть характер провідності напівпровідників n-типуНа основі будови напівпровідника поясніть залежність його опору від температуриДля чого легують чисті напівпровідникиЯк, маючи джерело струму і лампочку, провірити справність напівпровідникового діодаПоясніть принцип випрямлення змінного струму за допомогою напівпровідникового діодаРозкажіть про основні застосування напівпровідникових діодів Запитання для повторення Андрєєва С. Ю. вчитель фізики ШЗШ І-ІІІ ст. № 4