Примерный план-конспект первого урока. План-конспект учебного занятия (технологическая карта) на тему: «Электрический ток в полупроводниках Конспект урока полупроводники применение полупроводников

УРОК 10/10

Тема. Электрический ток в полупроводниках

Цель урока: сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках и о природе электрического тока в полупроводниках.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний		1. Электрический ток в металлах. 2. Электрический ток в электролитах. 3. Закон Фарадея для электролиза. 4. Электрический ток в газах
Демонстрации		Фрагменты видеофильма «Электрический ток в полупроводниках»
Изучение нового материала		1. Носители зарядов в полупроводниках. 2. Примесная проводимость полупроводников. 3. Электронно-дырочный переход. 4. Полупроводниковые диоды и транзисторы. 5. Интегральные микросхемы
Закрепление изученного материала		1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Удельные сопротивления полупроводников при комнатной температуре имеют значения, которые находятся в широком интервале, т. е. от 10-3 до 107 Ом·м, и занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Ø Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро убывает с повышением температуры.

К полупроводникам относятся многие химические элементы (бор, кремний, германий, фосфор, мышьяк, селен, теллур и др.), огромное количество минералов, сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира - полупроводники.

За достаточно низких температур и отсутствия внешних воздействий (например, освещения или нагрев) полупроводники не проводят электрический ток: при этих условиях все электроны в полупроводниках являются связанными.

Однако связь электронов со своими атомами в полупроводниках не такой крепкий, как в диэлектриках. И в случае повышения температуры, а так же за яркого освещения некоторые электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными зарядами, то есть могут перемещаться по всему образцу.

Благодаря этому в полупроводниках появляются отрицательные носители заряда - свободные электроны.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

Когда электрон отрывается от атома, положительный заряд этого атома становится некомпенсированным, то есть в этом месте появляется лишний положительный заряд. Этот положительный заряд называют «дыркой». Атом, вблизи которого образовалась дырка, может отобрать связанный электрон у соседнего атома, при этом дырка переместится до соседнего атома, а атом, в свою очередь, может «передать» дырку дальше.

Такое «естафетне» перемещение связанных электронов можно рассматривать как перемещение дырок, то есть положительных зарядов.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

Таким образом, различие дырочной проводимости от электронной заключается в том, что электронная проводимость обусловлена перемещением в полупроводниках свободных электронов, а дырочная - перемещением связанных электронов.

Ø В чистом полупроводнике (без примесей) электрический ток создает одинаковое количество свободных электронов и дырок. Такую проводимость называют собственной проводимостью полупроводников.

Если добавить в чистый расплавленный кремний незначительное количество мышьяка (примерно 10-5 %), после твердения образуется обычная кристаллическая решетка кремния, но в некоторых узлах решетки вместо атомов кремния будут находиться атомы мышьяка.

Мышьяк, как известно, пятивалентный элемент. Чотиривалентні электроны образуют парные электронные связи с соседними атомами кремния. Пятом же валентному электрону связи не хватит, при этом он будет слабо связан с атомом Мышьяка, который легко становится свободным. В результате каждый атом примеси даст один свободный электрон.

Ø Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

Электроны из атомов кремния могут становиться свободными, образуя дыру, поэтому в кристалле могут одновременно существовать и свободные электроны и дырки. Однако свободных электронов во много раз будет больше, чем дырок.

Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

Если в кремний добавить незначительное количество трехвалентного индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку индий имеет три валентных электрона, то он может установить ковалентная связь только с тремя соседними атомами. Для установки связи с четвертым атомом электрона не хватит. Индий «одолжит» электрон у соседних атомов, в результате каждый атом Индия образует одно вакантное место - дырку.

Ø Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

В случае акцепторной примеси основными носителями заряда при прохождении электрического тока через полупроводник есть дыры. Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р -типа.

Практически все полупроводники содержат и донорные, и акцепторные примеси. Тип проводимости полупроводника определяет примесь с более высокой концентрацией носителей заряда - электронов и дырок.

Следовательно, через границу раздела полупроводников n -типа и р-типа электрический ток идет только в одном направлении - от полупроводника p -типа к полупроводнику n -типа.

Это используют в устройствах, которые называют диодами.

Полупроводниковые диоды используют для выпрямления переменного тока направлении (такой ток называют переменным), а также для изготовления светодиодов. Полупроводниковые выпрямители имеют высокую надежность и длительный срок использования.

Широко применяют полупроводниковые диоды в радиотехнических устройствах: радиоприемниках, видеомагнитофонах, телевизорах, компьютерах.

Еще более важным применением полупроводников стал транзистор. Он состоит из трех слоев полупроводников: по краям расположены полупроводники одного типа, а между ними - тонкий слой полупроводника другого типа. Широкое применение транзисторов обусловлено тем, что с их помощью можно усиливать электрические сигналы. Поэтому транзистор стал основным элементом многих полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые диоды и транзисторы являются «кирпичиками» очень сложных устройств, которые называют интегральными микросхемами.

Микросхемы «работают» сегодня в компьютерах и телевизорах, в мобильных телефонах и искусственных спутниках, в автомобилях, самолетах и даже в стиральных машинах. Интегральную схему изготавливают на пластинке кремния. Размер пластинки - от миллиметра до сантиметра, причем на одной такой пластинке может размещаться до миллиона компонентов - крошечных диодов, транзисторов, резисторов и т. др.

Важными преимуществами интегральных схем является высокое быстродействие и надежность, а также низкая стоимость. Именно благодаря этому на основе интегральных схем и удалось создать сложные, но доступные многим приборы, компьютеры и предметы современной бытовой техники.

ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какие вещества можно отнести к полупроводниковым?

2. Движением каких заряженных частиц создается ток в полупроводниках?

3. Почему сопротивление полупроводников очень сильно зависит от наличия примесей?

4. Как образуется p -n -переход? Какое свойство имеет p -n -переход?

5. Почему свободные носители зарядов не могут пройти сквозь p -n -переход полупроводника?

Второй уровень

1. После введения в германий примеси мышьяка концентрация электронов проводимости увеличилась. Как изменилась при этом концентрация дырок?

2. С помощью какого опыта можно убедиться в односторонней проводимости полупроводникового диода?

3. Можно ли получить р-n -переход, выполнив вплавления олова в германий или кремний?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Какую проводимость (электронную или дырочную) имеет кремний с примесью галлия? индию? фосфора? сурьмы?

2. Какая проводимость (электронная или дырочная) будет в кремния, если к нему добавить фосфор? бор? алюминий? мышьяк?

3. Как изменится сопротивление образца кремния с примесью фосфора, если ввести в него примесь галлия? Концентрация атомов Фосфора и Галлия одинакова. (Ответ: увеличится)

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро снижается с повышением температуры.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

· Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

· Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р-типа.

· Контакт двух полупроводников с различными видами проводимости имеет свойства хорошо проводить ток в одном направлении и значительно хуже в противоположном направлении, то есть имеет одностороннюю проводимость.

Рів1 № 6.5; 6.7; 6.15; 6.17.

Рів2 № 6.16; 6.18; 6.24, 6.25.

Рів3 № 6.26, 6.28; 6.29; 6.30.

3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 4.

Аукцион с использованием опорных слов как методический приём для актуализации опорных знаний, применение ИКТ, игровые моменты, позволяющие поменять виды деятельности на уроке, индивидуальная работа при закреплении изученного материала и последующая взаимопроверка выполненных заданий - всё это элементы, делающие обычный урок чуть интереснее.

Разработка урока по физике

Тема урока : Электрический ток в полупроводниках.

Цели урока:

Дидактическая - Познакомить учащихся с особым классом веществ – полупроводниками, ввести понятия собственной и примесной проводимости, изучить зависимость электропроводимости полупроводников от температуры и наличия примесей.

Развивающая: Способствовать расширению кругозора учащихся, развивать способность к восприятию и анализу технической и научной информации, умение пользоваться технической терминологией.

Воспитательная: Формировать ответственное отношение к приобретению знаний, навыки общения и самодисциплины.

МТО урока : медиа оборудование, презентация «Электрический ток в полупроводниках», содержащая анимационное пояснение к изучаемому материалу, карточки с ключевыми словами, раздаточный дидактический материал для самостоятельной работы.

Межпредметные связи. Химия. Темы: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Ковалентная связь.

Тип урока : Урок усвоения новых знаний на основе имеющихся.

Методы и приёмы : аукцион с использованием опорных слов, применение ИКТ, использование игровых моментов для создания здоровье сберегающих условий, фронтальный опрос, индивидуальная работа, взаимопроверка.

План урока .

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний.

3. Изучение нового материала.

3.1. Полупроводники.

3.2. Собственная проводимость полупроводников;

3.3. Примесная проводимость;

3.3.1. Донорные примеси;

3.3.2. Акцепторные примеси.

4. Закрепление изученного материала.

5. Домашнее задание.

6. Подведение итогов урока. Оценка работы учащихся.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний (опрос в форме аукциона с использованием карточек с ключевыми словами).

Методика проведения аукциона .

Преподаватель показывает карточку с ключевыми словами (словом), а учащиеся высказываются в соответствии с заданной темой, не вдаваясь в подробности. Каждый правильный ответ – балл в копилку учащегося (карточка временно остаётся у него для подсчёта баллов в дальнейшем).

Карточка. Электрический ток

Ответ . Электрическим током называется упорядоченное направленное движение свободных заряженных частиц.

Карточка . Постоянный электрический ток.

Ответ . Электрический ток, не меняющийся ни по величине, ни по направлению называется постоянным током.

Карточка . Направление постоянного тока.

Ответ . За направление постоянного тока принято направление движения положительно заряженных частиц, т.е. от «+» к «-».

Карточка. Условия существования тока

Ответ . Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и сил, которые приводили бы эти частицы в направленное движение. Например, силы электрического поля.

Карточка. Группы веществ по электропроводимости.

Ответ . По электропроводимости вещества делятся на проводники и диэлектрики.

Карточка . Проводники.

Ответ . Проводники – это вещества, хорошо проводящие ток.

Карточка . Диэлектрики

Ответ. Диэлектрики – это вещества, не проводящие ток.

3. Изучение нового материала в сопровождении презентации.

- Записываем в тетради тему урока (слайд 1).

Мотивация к дальнейшему изучению темы (слайд 2).

Знакомимся с целями данного урока (слайд 3).

Корректируем свои представления о группах веществ по электропроводимости (слайд 4).

Записываем в тетрадь

По электрической проводимости вещества можно разделить на 3 основные группы: проводники, диэлектрики, полупроводники.

Проводники, которые хорошо проводят электрический ток (металлы, растворы электролитов, плазма и др.) Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe .

Диэлектрики – вещества, которые практически не проводят электрический ток (пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага и др.)

3.1. Полупроводники

Записываем в тетрадь.

Полупроводники – вещества, проводящие ток только при определённых условиях.

Их электропроводимость зависит от температуры, освещённости, наличия примесей (Si , Ge , Se , In , As и др.).

По электрической проводимости они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (Si, Ge, Se, In, As и др.) Кроме 12 чистых химических элементов, полупроводниками являются сернистый свинец, сернистый кадмий, закись меди, многие оксиды и сульфиды металлов, некоторые органические вещества. Наибольшее применение в технике имеют германий Ge и кремний Si (слайды 4,5,6).

Ещё чуть более полувека назад полупроводники не имели заметного практического значения. В электротехнике и радиотехнике обходились исключительно проводниками и диэлектриками. Но положение резко изменилось, когда теоретически, а затем и практически была открыта возможность управлять электрической проводимостью полупроводников.

В чём же главное отличие полупроводников от проводников, и какие особенности их строения позволили широко использовать полупроводниковые приборы практически во всех электронных устройствах?

3.2. Собственная проводимость

Записываем в тетрадь.

Проводимость чистых полупроводников называют собственной проводимостью .

Ещё раз вспоминаем условия существования тока. Повторяем механизм электропроводимости металлов, акцентируя внимание на роли электрического поля (слайд 8).

Ответ учащихся

Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и сил, которые приводили бы эти частицы в направленное движение. Это могут быть силы электрического поля, которое приводит электроны в упорядоченное движение.

Рассмотрим проводимость полупроводников на примере кремния Si (слайд 9).

Кремний – четырёхвалентный химический элемент. Каждый атом кремния во внешнем электронном слое имеет по четыре неспаренных электрона, которые образуют электронные пары (ковалентные связи) с четырьмя соседними атомами. Таким образом, в полупроводнике отсутствуют свободные заряженные частицы, способные создавать ток.

Но так бывает при обычных условиях, при невысоких температурах.

- Что произойдёт, если увеличить температуру вещества (слайд 10)?

При увеличении температуры энергия и скорости движения электронов увеличиваются и некоторые из них отрываются от своих атомов, становясь свободными электронами . Оставшиеся вакантные места с некомпенсированным положительным зарядом (виртуальные заряженные частицы ), называют дырками. Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток.

Чтобы понять, как же перемещаются дырки (вакантное место), проводим игру «Пустой стул» .

Методика проведения игры .

Суть игры заключается в следующем. На одном из рядов за первой партой освобождаем стул. Это исходная позиция. Учащийся, сидящий за второй партой, пересаживается на него. Таким образом, свободный стул оказывается уже не за первой, а за второй партой. Теперь учащийся, сидящий за третьей партой, занимает освободившееся место, и пустым оказывается стул за третьей партой и т.д. Таким образом, вакантное место – пустой стул (в полупроводнике это дырка) перемещается всё дальше и дальше от первой парты, двигаясь в сторону противоположную движению участников игры (в полупроводнике – в сторону, противоположную движению электронов).

Игра помогает снять напряжение и продолжить дальнейшее успешное изучение учебного материала.

Записываем в тетрадь.

Электрический ток в чистых полупроводниках создаётся свободными электронами и дырками, которых одинаковое количество.

Это собственная проводимость полупроводников.

При увеличении температуры число свободных электронов и дырок становится больше, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается.

Записываем в тетрадь.

При увеличении температуры проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается.

Задание учащимся.

Сравните и объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры (слайд 11).

Ответы учащихся по слайду.

При увеличении температуры сопротивление металлов возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении температуры ионы в узлах кристаллической решётки колеблются интенсивнее, хаотичность движения свободных электронов возрастает, и суммарный заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени уменьшается.

При увеличении температуры сопротивление полупроводников уменьшается. Это объясняется тем, что при нагревании полупроводников в них становится больше свободных носителей заряда, что приводит к увеличению силы тока, а это равносильно уменьшению сопротивления.

3.3 Примесная проводимость полупроводников (слайды 12,13,14).

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников. Поэтому для увеличения проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют), которые бывают донорные и акцепторные

Записываем в тетрадь

Проводимость полупроводников с добавлением примесей называется примесной проводимостью. Примеси бывают донорные и акцепторные

3.3.1. Донорные примеси.

Мышьяк, как известно, пятивалентный элемент. Четырёхвалентные электроны образуют парные электронные связи с соседними атомами кремния. Пятому валентному электрону связи не хватит, при этом он будет слабо связан с атомом Мышьяка, который легко становится свободным. В результате каждый атом примеси отдаст один свободный электрон.

Электроны из атомов кремния могут становиться свободными, образуя дырку, поэтому в кристалле могут одновременно существовать и свободные электроны и дырки. Однако свободных электронов во много раз будет больше, чем дырок.

Записываем в тетрадь

Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными (полупроводник n -типа).

3.3.2. Акцепторные примеси

Если в кремний добавить незначительное количество трехвалентного индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку индий имеет три валентных электрона, то он может установить ковалентную связь только с тремя соседними атомами. Для установления связи с четвертым атомом электрона не хватит. Индий «одолжит» электрон у соседних атомов, в результате каждый атом Индия образует одно вакантное место - дырку.

В случае акцепторной примеси основными носителями заряда во время прохождения электрического тока через полупроводник являются дырки. Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р-типа.

Записываем в тетрадь

Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными (полупроводник р-типа).

4. Закрепление изученного материала .

4.1. Фронтальный опрос (слайд 16).

Что такое полупроводники?

Какими частицами создаётся ток в полупроводниках?

Чем примесная проводимость отличается от собственной проводимости?

Для чего легируют чистые полупроводники?

Что такое полупроводник р – типа?

Что такое полупроводник n – типа?

Почему с увеличением температуры сопротивление полупроводников падает?

4.2. Самостоятельная работа по карточкам .

Установите соответствие, какие физические термины и высказывания необходимы для рассказа по темам «Электрический ток в металлах», «Электрический ток газах», «Электрический ток в растворах электролитов», «Электрический ток в полупроводниках»?

Условие: при выполнении работы исправления не допускаются .

Металлы Газы Растворы электролитов Полупроводники

1. Ионы, 2. Электроны, 3. Примеси, 4. Дырка, 5. Сопротивление возрастает с ростом температуры, 6. Рекомбинация, 7. При нагревании сопротивление уменьшается, 8. Проводник, 9. Кристаллическая решётка, 10. Электрическая дуга, 11. Самостоятельный разряд,12. Огни святого Эльма, 13. Донорная, 14. Диэлектрик, 15. Электронное облако, 16. Вакуумный диод, 17. Газоразрядная трубка, 18. Акцепторная, 19. Собственная проводимость, 20. Вакуум, 21. Сверхпроводимость, 22. Ионизация, 23. Электролитическая диссоциация, 24. Электроды, 25.Электролиз, 26. Кинескоп, 27. Гальванопластика.

После выполнения задания учащиеся обмениваются карточками и проверяют друг друга, делая исправления , оценивая работу товарища.

Затем работы проверяются ещё раз с помощью ключа и передаются преподавателю.

Ключ к заданию

Металлы – 1, 2, 5, 8, 9, 21.

Газы – 1,2,6,7,10,11,12,14,17,22.

Растворы электролитов – 1,6,7,23,24,25,27.

Полупроводники – 1,2,3,4,7,9,13,18,19.

5. Домашнее задание:

1. Подготовить сравнительную таблицу «Электрический ток в различных средах».

2. Подготовить сообщение «Первое практическое применение полупроводниковых термоэлементов в годы ВОВ» («Партизанский котелок») – по желанию.

6. Подведение итогов. Оценка работы учащихся.

Использованная литература

Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений/ Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский-- 12- е изд.-М. : Просвещение, 2010. - 336 с.,: ил.-ISBN 5-01 011578-8.

Электронный учебник «Открытая физика», Физикон

Объясняет особенности.

Полупроводники — вещества, способные, как проводить электрический ток, так и препятствовать его прохождению. Это большая группа веществ, применяемых в радиотехнике (германий, кремний, селен, а так же всевозможные сплавы и химические соединения н-р окись меди). Почти все вещества окружающего нас мира являются полупроводниками. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий по приблизительным подсчетам почти 30 % земной коры. Для изготовления полупроводниковых приборов используют в основном только кремний и германий. (найдите их в таблице Д. И. Менделеева — Приложение 2). Какую валентность они имеют (в таблице Д. И. Менделеева найдите номер столбца в котором они находятся)?

По своим электрическим свойствам полупроводники занимают среднее место между проводниками и непроводниками электрического тока. Запишите в тетрадь определение что такое полупроводник.

Рассмотрим следующие три опыта (демонстрация или плакаты)

Первый опыт: Нагревание полупроводника

Посмотрите, что происходит при увеличении температуры? Сопротивление будет уменьшаться при увеличении температуры?

Какой вывод можно сделать?

Электропроводность полупроводников сильно зависит от окружающей температуры. При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273), полупроводники не проводят электрический ток, а с повышением температуры, их сопротивляемость току уменьшается. На основе этого были созданы термоэлектрические приборы.

Термисторы. В полупроводниках электрическое сопротивление очень сильно зависит от температуры. Это свойство используют для измерения температуры по силе тока в цепи с полупроводником. Такие приборы называют термисторами или терморезисторами.

Термисторы — одни из самых простых полупроводниковых приборов. Выпускают термисторы в виде стержней, трубок, дисков, шайб и бусинок размером от нескольких микрометров до нескольких сантиметров.

Диапазон измеряемых температур большинства термисторов лежит в интервале от 170 до 570 К. Но существуют термисторы для измерения как очень высоких (примерно 1300 К), так и очень низких (примерно 4 — 80 К) температур. Термисторы применяются для дистанционного измерения температуры, противопожарной сигнализации и т. д.

Второй опыт: Освещение светом полупроводника

Посмотрите, что происходит при увеличении освещенности?

Какой вывод можно сделать?

Если на полупроводник навести свет, то его электропроводность начинает увеличиваться. Используя это свойство полупроводников были созданы фотоэлектрические приборы. Также полупроводники способны преобразовывать энергию света в электрический ток, например, солнечные батареи.

Фоторезисторы. Электрическая проводимость полупроводников овышается не только при нагревании, но и при освещении.

Можно заметить, что при освещении полупроводника сила тока в цепи заметно возрастает. Это указывает на увеличение проводимости (уменьшение сопротивления) полупроводников под действием света. Данный эффект не связан с нагреванием, так как может наблюдаться и при неизменной температуре.

Электрическая проводимость возрастает вследствие разрыва связей и образования свободных электронов и дырок за счет энергии света, падающего на полупроводник. Это явление называют фотоэлектрическим эффектом.

Приборы, в которых используют фотоэлектрический эффект в полупроводниках, называют фоторезисторами или фотосопротивлениями. Миниатюрность и высокая чувствительность фоторезисторов позволяют использовать их в самых различных областях науки и техники для регистрации и измерения слабых световых потоков. С помощью фоторезисторов определяют качество поверхностей, контролируют размеры изделий и т. д.

Третий опыт: Добавление примеси в полупроводник

Посмотрите, что происходит?

Какой вывод можно сделать?

При введении в полупроводник примесей определенных веществ их электропроводность резко увеличивается.

Запишем в тетрадь свойства полупроводников

Электропроводность повышается при повышении температуры (терморезистор)

Электропроводность повышается при освещении (фоторезистор, солнечные батареи)

Электропроводность повышается при введении в полупроводник некоторых примесей. (полупроволниковый диод)

Свойства полупроводников зависят от их внутреннего строения. Рассмотрим кремний — четырехвадентный элемент (показать трехмерную модель) т. е. во внешней оболочке атома имеются четыре электрона, слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем.

Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой ковалентной связью. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону. Атомы расположены так близко друг к другу, что их валентные электроны образуют единые орбиты, проходящие вокруг соседних атомов, тем самым связывая атомы в единое целое вещество.

Зарисуем получившуюся картинку в тетрадь.(рисунок на доске) Студенты выполняют такой же рисунок в тетради. Добавим больше соседних атомов.

При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны становятся свободными и перемещаются между узлами решетки, образуя электрический ток. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют, электронной проводимостью. При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном — дырка.

При низких температурах связи не разрываются, поэтому кремний при низких температурах не проводит электрический ток.

Проводимость чистых полупроводников, без примесей (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость). Проводимость полупроводников чрезвычайно сильно зависит от примесей. Именно эта зависимость сделала полупроводники тем, чем они стали в современной технике. Различают донорные и акцепторные примеси. При наличии донорной примеси в полупроводнике, если в кремний добавить мышьяк, наблюдается избыток электронов, полупроводник называется n -типа, при наличии акцепторных примесей, если в кремний добавить индий, наблюдается избыток дырок, полупроводник называется р-типа.

Тема урока: "Полупроводниковые приборы. Диоды"

Цель и задачи занятия:

Образовательные:

формирование первоначального понятия о назначении, действии и основном свойстве полупроводниковых диодов.

Воспитательные:

сформировать культуру умственного труда, развитие качеств личности - настойчивость, целеустремленность, творческую активность, самостоятельность.

Развивающие:

обучение применению свойства односторонней проводимости.

Материально техническое оснащение урока:

рабочие тетради, компьютер преподавателя, интерактивная доска, прзентация на тему

Ход занятия:

1. Организационный момент:

(Задача: создание благоприятного психологического настроя и активация внимания).

2. Подготовка к повторению и обобщению пройденного материала

Что такое электрический ток.

Сила тока, единицы измерения.

p – n переход.

Полупроводники.

Сообщение темы и цели занятия.

Полупроводники. Диоды.

Объяснение перспективы.

Чтобы изучить современную электронику, надо, прежде всего, знать принципы устройства и физические основы работы полупроводниковых приборов, их характеристики и параметры, а также важнейшие свойства, определяющие возможность их применения в электронной аппаратуре.

Использование полупроводниковых приборов дает огромную экономию в расходовании электрической энергии источников питания и позволяет во много раз уменьшить размеры и массу аппаратуры. Минимальная мощность для питания электронной лампы составляет 0,1 Вт, а для транзистора она может быть 1мкВт, т.е. в 100000 раз меньше.

3. Основной этап.

Новый материал

Все вещества, встречающиеся в природе, по своим электропроводным свойствам делятся на три группы:

Проводники,

изоляторы (диэлектрики),

полупроводники

К полупроводникам относится гораздо больше веществ, чем к проводникам и изоляторам. В изготовлении радиоприборов наибольшее распространение получили 4-х валентные германий Ge и кремний Si.

Электрический ток полупроводников обуславливается движением свободных электронов и так называемых "дырок".

Свободные электроны, покинувшие свои атомы, создают n- проводимость (n - первая буква латинского слова negativus - отрицательный). Дырки создают в полупроводнике р - проводимость (р - первая буква латинского слова positivus- положительный).

В чистом проводнике число свободных электронов и дырок одинаково.

Добавляя примеси, можно получить полупроводник с преобладанием электронной или дырочной проводимостью.

Важнейшее свойство р- и n- полупроводников - односторонняяя проводимость в месте спайки. Эта спайка называется p-n переходом.

В 4-х валентный кристалл германия (кремния) добавить 5-ти валентный мышьяк (сурьму) то получим n - проводник.

При добавлении 3-х валентного индия, получим р - проводник.

Когда "плюс" источника соединен с р- областью, говорят что переход включен в прямом направлении, а когда минус источника тока соединен с р- областью, переход включен в обратном направлении.

Одностороння проводимость р и n перехода является основой действия полупроводниковых диодов, транзисторов и др.

Имея представление о полупроводнике, теперь приступим к изучению диода.

Приставка "ди" - означает два, указывающая на две примыкающие зоны разной проводимости.

Вентиль велосипедной шины (нипель). Воздух через него может проходить лишь в одном направлении - внутрь камеры. Но существует и электрический вентиль. Это диод - полупроводниковая деталь с двумя проволочными выводами с обоих концов.

По конструкции полупроводниковые диоды могут быть плоскостными или точечными.

Плоскостные диоды имеют большую площадь электронно- дырочного перехода и применяются в цепях, в которых протекают большие токи.

Точечные диоды отличаются малой площадью электронно-дырочного перехода и применяются в цепях с малыми токами.

Условно-графическое обозначение диода. Треугольник соответствует р- области и называется анодом, а прямолинейный отрезок, называется катодом, представляет n- область.

В зависимости от назначения диода его УГО может иметь дополнительные символы.

Основные параметры, по которым характеризуются диоды.

Прямой ток диода.

Обратный ток диода.

Закрепление материала.

Изменение полярности подключения источника питания в цепи, содержащей полупроводниковый диод.

Соединяем последовательно батарею 3336Л и лампочку накаливания МН3,5 – 0.28 (на напряжение 3.5В и ток накала 0.28А) и подключаем эту цепь к сплавному диоду из серии Д7 или Д226 так, чтобы на анод диода непосредственно или через лампочку подавалось положительное, а на катод – отрицательное напряжение батареи (рис 3, рис.4). Лампочка должна гореть полным накалом. Затем изменяем полярность подключения цепи “батарея – лампочка” на обратную (рис. 3, рис.4). Если диод исправный – лампочка не горит. В этом опыте лампочка накаливания выполняет двойную функцию: служит индикатором тока в цепи и ограничивает ток в этой цепи до 0.28А, тем самым защищая диод от перегрузки. Последовательно с батареей и лампочкой накаливания можно включить еще миллиамперметр на ток 300…500мА, который бы фиксировал прямой и обратный ток через диод.

4.Контрольный момент:

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника постоянного тока, микродвигателя, 2-х диодов, так, чтобы с помощью выключателей изменять направление вращение ротора микродвигателя.

Определите полюса батареи для карманного фонаря с помощью полупроводникового диода.

Самостоятельно изучите проводимость диода на демонстрационном стенде. Изучение односторонней проводимости диода.

5.Итоговый момент:

оценка успешности в достижении задач занятия (как работали, что узнали или усвоили)

6. Рефлективный момент:

определение результативности и полезности занятия через самооценку воспитанников.

7. Информационный момент:

определение перспектив следующего занятия .

8. Домашнее задание

Для закрепления пройденного материала, подумайте над следующими задачами и приведите их решение:

Как с использованием полупроводникового диода защитить радиоаппаратуру от переполюсовки?

Имеется электрическая цепь, в которую входят четыре последовательно соединенных элемента – две лампочки а и б и два выключателя А и Б. При этом каждый выключатель зажигает только одну, только “свою” лампочку. Для того, чтобы зажечь обе лампочки, нужно одновременно замкнуть оба выключателя.

План конспект урока трудового обучения.

Класс 9

Тема раздела: Электротехника и основы электроники. (3 часа)
Тема урока №27: Полупроводниковые приборы.

Цель: Ознакомить с полупроводниковыми приборами.

Ход урока:
1. Организационная часть 3 мин.
а) Приветствие.
б) Выявление отсутствующих.
в) Повторение пройденного материала.
г) Объявление темы урока. Запись темы урока в тетрадях.
д) Доведение до учащихся целей и плана урока.

2.Повторение пройденного материала -7 мин.

Что относится к основным видам электромонтажных работ?

Что представляют собой проводниковые материалы?

Применение проводниковых материалов?

3.Изучение нового материала 10 мин.

Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов

К полупроводниковым приборам относятся :

-Интегральные схемы (микросхемы)

Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),

Тиристоры, фототиристоры,

Транзисторы,

Приборы с зарядовой связью,

Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды),

Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),

Терморезисторы, датчики Холла.

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.

Полупроводники

4.Практическая работа 18 мин.
Один из способов такой проверки - измерение омметром сопротивления между выводами эмиттера и коллектора при соединении базы с коллектором и при соединении базы с эмиттером. При этом источник коллекторного питания отключается от схемы. При исправном транзисторе в первом случае омметр покажет малое сопротивление, во втором - порядка нескольких сотен тысяч или десятков тысяч ОМ.

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Тестирование полупроводниковых диодов

При тестировании диодов с помощью АММ следует использовать нижние пре- делы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направ лении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода АММ покажет в обоих направ лениях сопротивление близкое к 0 или разрыв при пробое диода. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различное.

5. Итог урока 2 мин.
6. Уборка рабочих мест 5 мин.