Металдардағы электр тогы. Асқын өткiзгiштiк. Физика, 10 сынып, презентация.

Презентация для проведения урока по физике в 10 классе на тему «Электрический ток в полупроводниках»

В презентации рассматриваются полупроводники, собственная и примесная проводимость полупроводников, свойства p – n перехода, полупроводникового диода и его применение

@ Краснополянская школа № 1 Домнин Константин Михайлович 2006 год

Электрический ток в различных средах

Электрический ток

в полупроводниках

ВОПРОСЫ:

Классификация веществ по проводимости

Собственная проводимость полупроводников

Примесная проводимость полупроводников

p – n переход и его свойства

Полупроводниковый диод и его применение

Вопросы для контроля

Классификация веществ по проводимости

Вопрос 1

Классификация веществ по проводимости

Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы:

Электрические

свойства веществ

Проводники

Полупроводники

Диэлектрики

Хорошо проводят электрический ток

К ним относятся металлы, электролиты, плазма …

Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe …

Практически не проводят электрический ток

К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага …

Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками

Si, Ge, Se, In, As

Классификация веществ по проводимости

Вспомним, что проводимость веществ обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц

Например, в металлах это свободные электроны

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Вспомните и объясните характер проводимости металлов и его зависимость от температуры

Собственная проводимость полупроводников

Вопрос 2

Собственная проводимость полупроводников

Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si

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 обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников

Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении температуры

Si

Si

Si

Si

Si

-

-

-

-

-

-

+

свободный электрон

дырка

+

+

При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками

Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток

-

-

Собственная проводимость полупроводников

Таким образом, электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных частиц - дырок

При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается

R (Ом)

t (0C)

R0

металл

полупроводник

Объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры

Примесная проводимость полупроводников

Вопрос 3

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников

Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные

Донорные примеси

Si

Si

As

Si

Si

-

-

-

-

-

-

-

При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As, один из 5 электронов мышьяка становится свободным

Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния

Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной

Примесная проводимость полупроводников

-

-

Примесная проводимость полупроводников

Акцепторные примеси

Если кремний легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка

Si

Si

In

Si

Si

-

-

-

-

-

+

Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами

Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной

-

-

Примесная проводимость полупроводников

Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение:

р - типа

n - типа

Основные носители заряда - дырки

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), количество которых растет при увеличении температуры

Объясните, как изменяется количество неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике при увеличении температуры

p – n переход и его электрические свойства

Вопрос 4

p – n переход и его свойства

Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p – n переходом

+

_

1. Прямое включение

+

+

+

+

-

-

-

-

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

р

n

p – n переход и его свойства

+

_

2. Обратное включение

+

+

+

+

-

-

-

-

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

р

n

Запирающий слой

p – n переход и его свойства

Итак, основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней проводимости

Вольт – амперная характеристика p – n перехода (ВАХ)

I (A)

U (В)

Объясните на основе строения полупроводников и свойствах p – n перехода график зависимости силы тока от напряжения (ВАХ) перехода

Полупроводниковый диод и его применение

Вопрос 5

Полупроводниковый диод и его применение

Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус

Обозначение полупроводникового диода на схемах

Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ)

I (A)

U (В)

Основное свойство диода – его односторонняя электрическая проводимость

Полупроводниковый диод и его применение

Применение полупроводниковых диодов

Выпрямление переменного тока

Детектирование электрических сигналов

Стабилизация тока и напряжения

Передача и прием сигналов

Прочие применения

До диода

После диода

После конденсатора

На нагрузке

Полупроводниковый диод и его применение

Схема однополупериодного выпрямителя

Каковы недостатки выпрямителя на одном диоде

Полупроводниковый диод и его применение

Схема двухполупериодного выпрямителя (мостовая)

вход

выход

В чем преимущества двухполупериодного выпрямителя

+

-

~

Вопросы для контроля

Вопрос 6

Вопросы для контроля

Объясните характер проводимости полупроводников р – типа

Объясните характер проводимости полупроводников n – типа

На основе строения полупроводника объясните зависимость его сопротивления от температуры

Для чего легируют чистые полупроводники

Как, имея источник тока и лампочку, проверить исправность полупроводникового диода

Объясните принцип выпрямления переменного тока с помощью полупроводникового диода

Расскажите об основных применениях полупроводниковых диодов

Вопросы для повторения

В следующей презентации

«Полупроводниковые приборы»

Рассказывается об основных полупроводниковых приборах (транзисторы, тиристоры, термисторы, стабилитроны, фото и светодиоды …), принципе их действия и их применениях

Домнин Константин Михайлович

E – mail: kdomnin@list.ru

2006 год.