Полупроводники - Поурочные разработки к учебнику В. А. Касьянова - Физика - Поурочные планы к учебникам Мякишева Г. Я. и Касьянова В. А. 11 класс - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока

Цель: познакомить учащихся с полупроводниками.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Анализ контрольной работы

III. Изучение нового материала

Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но их нельзя отнести и к диэлектрикам, так как они не являются хорошими изоляторами.

Наиболее характерным свойством полупроводников является то, что их удельное сопротивление резко изменяется под влиянием некоторых внешних воздействий.

Эксперимент

Включите германиевый кристалл при комнатной температуре в цепь, содержащей источник тока и гальванометр. При этом стрелка отклоняется незначительно. Полупроводник обладает большим сопротивлением. При нагревании можно увидеть, что стрелка отклонилась на большой угол.

Из таких полупроводников удельное сопротивление которых резко изменяется со снижением температуры изготавливают термометры (используются для измерения температуры).

Сопротивление может изменяться при изменении освещенности. Из таких полупроводников делают фоторезисторы.

Было установлено, что электрический ток в полупроводниках не сопровождается переносом вещества - никаких химических изменений с ними не происходит.

Отсюда следует, что носителями тока являются электроны.

В полупроводниках валентные электроны сильнее связаны с атомами. Поэтому концентрация электронов проводимости мала. При низких температурах практически все валентные электроны прочно связаны с атомами, но при внешнем воздействии на кристалл электроны приобретают энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей.

У того атома, от которого электрон был переведен в свободное состояние, появилось валентное место с недостающим электроном. Его называют «дыркой». «Дырка» ведет себя как положительно заряженная частица. Электрон может занять вакантное место, тогда «дырка» образуется в соседнем атоме. Поэтому «дырка» блуждает по кристаллу.

При создании электрического поля «дырки» двигаются в том направлении, куда бы двигались положительные заряды, а электроны - в противоположную. В полупроводнике электрический ток создается «дырками» и электронами. Такое движение в кристалле без примесей называют собственной проводимостью.

Проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике, называется критической проводимостью.

Примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения равного им количества «дырок», называются донорными. В таких кристаллах электроны являются основными носителями тока, но не единственными.

Такие полупроводники получили название n-типа.

Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные «дырки», не увеличивая при этом число электронов, называют акцепторными.

Такие полупроводники получили название р-типа.

Проводники обладают односторонней проводимостью р-n перехода контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимости.

Для создания такого перехода нужно создать в кристалле с дырочной проводимостью область электрической проводимости (или наоборот). Такую область создают путем введения в процессе выращивания кристалла или атома примеси в готовый кристалл. Через границу разделяющую области кристалла с различными типами проводимости происходит диффузия электронов и «дырок».

Если р-n переход соединить с источником тока так, чтобы с его положительным полюсом была соединена область с электронной проводимостью, то электроны и дырки удаляются внешним полем от запирающего слоя в разные стороны, увеличивая его толщину. Сопротивление р-n перехода велико. Ток мал. Если соединить источник тока так, чтобы положительный полюс был соединен с областью дырочной проводимости, запирающий слой уменьшается. Этот способ называется включением в пропускном или прямом направлении.

Способность пропускать р-n переход тока в одном направлении используются в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Они используются для преобразования переменного тока в постоянный. Достоинства - малые размеры и масса, длительный срок служб, высокая механическая прочность, высокий КПД. Недостаток - не могут работать ниже -70 °С, при высоких температурах резко ухудшаются рабочие параметры.

IV. Работа с учебником

Откройте учебник на с. 239, прочитайте и запишите информацию о полупроводниковом триоде (транзисторе).

Ответьте на следующие вопросы:

- Как устроен транзистор?

- Как включают транзистор в электрическую цепь?

- На чем основана способность транзистора увеличивать электрический сигнал?

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 78-80.