Учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів Крюкова Л.В.. Урок фізики у 9 класі "Електричний струм у напівпровідниках"

1. Електричний струм у
напівпровідниках

2. Завдання уроку
1.Поглибити знання про електричний струм
у різних середовищах.
2.З'ясувати природу струму в чистих
напівпровідниках.
3.З'ясувати механізм електропровідності
при наявності домішок.
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

3. Різні речовини мають різні електричні властивості.
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 струм
До них відносяться
пластмаси, гума, скло,
фарфор, сухе дерево,
папір …
Займають по провідності
проміжне положення між
провідниками і
діелектриками
Si, Ge, Se, In, As
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

4. Опір речовин
Характерна властивість напівпровідників — здатність різко
змінювати опір під впливом зовні.
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

5. Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

6. В.Сміт
(Willoughby Smith, 1828 – 1891)
Відкриття напівпровідників
Майкл Фарадей
(Michael Faraday, 1791-1867)
R
t Освтілення
Використання домішок
Абрам Федорович Іоффе
(1880-1960) Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

7. Згадаємо, що провідність речовин зумовлена наявністю в них вільних
заряджених частинок
Наприклад, в металах це вільні електрони
Е

Згадайте і поясніть характер провідності металів і її
залежність від температури Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

8. Власна провідність
напівпровідників
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

9. 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 Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

10. 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
-
-
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

11. 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 Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

12. Домішкова провідність
напівпровідників
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

13. Власна провідність напівпровідників явно недостатня для технічного
застосування напівпровідників
Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки
(легують), які бувають донорні і 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
-
-
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

14. Акцепторні домішки
Якщо кремній легувати трьохвалентним індієм, то для утворення зв’язків з
кремнієм у 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
-
-
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

15. 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 в 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
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

16. p-n перехід і його
електричні властивості
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

17. 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
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

18. +_
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
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

19. І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній
провідності
Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ)
I (A)
U (В)
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

20. Застосування напівпровідників
діоди транзистори
терморезистори
фоторезисториКрюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

21. Середови
ще
Носії
електрично
го заряду
Тип
провіднос
ті
Утворенн
я носіїв
заряду
ВАХ
Залежні
сть від
темпера
тури
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

22. Середовище
Носії
електричного
заряду
Тип
провідності
Утворення
носіїв заряду
ВАХ
Залежність
від
температу
ри
Напів
провідники
Електрони
дірки
Електронно-
дірковий
Вплив
освітленості,
температури,
домішків
t↑ , R↓0 U
I
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

23. По вертикали
1.Як рухаюця електрони в електроному полі? (Хаотично).
3.Які речовини набули широкого застосування? (Напівпровідники)
5.Скільки зіткнень відбувається за 1 с. між
електронними провідностями і йонами кристальної (Мільярд)
сітки?
7. В якому напрямі рухаються заряджені частинки у (Позитивному)
провіднику?
9. Що зумовлює опір провідника? (Зіткнення)
11. Що втрачають елементи провідності при
зіткненні з йонами кристалічної решітки? (Енергію)
По горизонталі
2. Який Газ нагадує (хаотичний) рух електронних провідностей? (Ідеальний)
4. Які частини можуть переміщатися під дією електронного поля? (Йони)
6. Що виникає коли є спрямований рух зарядів? (Струм)
8.Що треба підтримувати між кінцями металевого провідника? (Різницю)
10. Яка середня швидкість упорядкованого руху електронів? (Мала)
12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами? (Слабо)
По вертикали
1.Як рухаюця електрони в електроному полі? (Хаотично
3.Які речовини набули широкого застосування? (Напівпров
5.Скільки зіткнень відбувається за 1 с. між
електронними провідностями і йонами кристальної (Мільярд
сітки?
7. В якому напрямі рухаються заряджені частинки у (Позитивн
провіднику?
9. Що зумовлює опір провідника? (Зіткнення
11. Що втрачають елементи провідності при
зіткненні з йонами кристалічної решітки? (Енергію)
По горизонталі
2. Який Газ нагадує (хаотичний) рух електронних провідностей?
4. Які частини можуть переміщатися під дією електронного поля?
6. Що виникає коли є спрямований рух зарядів?
8.Що треба підтримувати між кінцями металевого провідника?
10. Яка середня швидкість упорядкованого руху електронів?
12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами?
Розгадайте кросворд
По вертикалі
По вертикали
1.Як рухаюця електрони в електроному полі? (Хаотично).
3.Які речовини набули широкого застосування? (Напівпровідники)
5.Скільки зіткнень відбувається за 1 с. між
електронними провідностями і йонами кристальної (Мільярд)
сітки?
7. В якому напрямі рухаються заряджені частинки у (Позитивному)
провіднику?
9. Що зумовлює опір провідника? (Зіткнення)
11. Що втрачають елементи провідності при
зіткненні з йонами кристалічної решітки? (Енергію)
По горизонталі
2. Який Газ нагадує (хаотичний) рух електронних провідностей? (Ідеальний)
4. Які частини можуть переміщатися під дією електронного поля? (Йони)
6. Що виникає коли є спрямований рух зарядів? (Струм)
8.Що треба підтримувати між кінцями металевого провідника? (Різницю)
10. Яка середня швидкість упорядкованого руху електронів? (Мала)
12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами? (Слабо)
).
відники)
)
ому)
)
(Ідеальний)
(Йони)
(Струм)
(Різницю)
(Мала)
(Слабо)
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів

24. Домашнє завдання
Знайдіть інформацію про використання
напівпровідників у комп'ютерній та побутовій техніці.
Зверніть увагу на переваги та недоліки
напівпровідникових пристроїв.
1. Опрацювати § 27, стор. 111 №3.
2. Додаткове завдання.
Крюкова Л.В.Крюкова Л.В., учитель фізики Степненської зш І-ІІІ ступенів