Информационные источники (основные учебники по предмету)
Физика. Урок№18. Гр№21.
Тема программы: Электрический ток в различных средах.
Тема урока: Электрический ток в полупроводниках. Собственная проводимость полупроводников.
Цель урока: Рассмотреть электрический ток в полупроводниках. Собственную проводимость полупроводников.
План.
Свойства полупроводников.
Электронная проводимость.
Д ырочная проводимость.
Содержание темы.
Электрический ток в полупроводниках.
Собственная проводимость
1. Между металлами, удельное сопротивление которых порядка 10“6—10“8 Ом • м, и диэлектриками (изоляторами) с удельным сопротивлением 108—1013 Ом • м находится ряд материалов, которые относят к полупроводникам. В их число входят многие оксиды металлов, сульфиды и теллуриды. Полупроводниками является группа элементов в системе Менделеева, показанная на рис. 10.6.
Ряд свойств полупроводников принципиально отличают их от металлов. Остановимся на важнейших:
а) металлы обладают значительной электропроводностью даже при очень низких температурах, а с ростом температуры их сопротивление возрастает; у полупроводников заметная электропроводность возникает лишь при комнатных температурах, и с ростом температуры их сопротивление резко падает (см. рис. 9.8, б);
б) наличие примесей в металле приводит к росту удельного сопротивления; у полупроводников, наоборот, внедрение примесей приводит к значительному уменьшению их удельного сопротивления;
в) у всех металлов реализуется электронная проводимость У некоторых же полупроводников характер проводимости таков, как будто бы свободными носителями тока являются положительные заряды. Однако это не ионы, ибо ток в полупроводниках не сопровождается переносом вещества, как это имеет место в электролитах
Для объяснения этих особенностей электропроводности нам придется вспомнить структуру твердых тел, в частности характер связей между частицами, из которых состоит кристаллическая решетка кристаллов с атомной структурой
Кристаллы с атомной связью (ковалентные кристаллы) являются полупроводниками. Типичными и чаще всего применяемыми в технике полупроводниками являются германий и кремний. Рассмотрим механизм проводимости у этих веществ.
У элементов четвертой группы на внешней электронной оболочке атома находятся четыре валентных электрона, а для ее заполнения, как известно из химии, нужно восемь электронов. Следовательно, у такого атома имеются четыре незаполненные химические связи. Взаимодействие сводится к тому, что два валентных электрона объединяются в пару, которая одновременно принадлежит двум соседним атомам. Всего таких пар электронов вокруг атома образуется четыре, что и связывает этот атом с четырьмя ближайшими соседями
2. Ковалентные связи в германии и кремнии достаточно легко разрываются уже при комнатных температурах, порядка десятков градусов Цельсия, что приводит к возникновению собственной электронной проводимости чистых полупроводников. В самом деле, при низких температурах (на 100—200 °С ниже нуля) ковалентные связи не разрушаются, в кристалле нет свободных электронов, и при этих температурах вещество ведет себя как диэлектрик. При возрастании температуры у некоторых атомов ковалентные связи рвутся, возникают свободные электроны и у вещества появляется электронная проводимость.
3. Кроме электронной проводимости в полупроводниках возможен другой тип проводимости. В самом деле, пусть электрон, получивший энергию за счет теплового возбуждения, разорвал ковалентные связи и «ушел» со своего места, превратившись тем самым в электрон проводимости. Тогда в том месте, откуда «ушел» электрон, возникает избыточный положительный заряд, ибо, как подчеркивалось, вещество электрически нейтрально. Как принято говорить, образуется положительная дырка. Она ведет себя как положительный заряд, равный по модулю заряду электрона. На освободившееся от электрона место — дырку — может переместиться соседний электрон, а это равносильно тому, что переместилась «положительная дырка»: она появится в новом месте там, откуда «ушел» электрон.
как, например, если из шеренги вышел один солдат и образовалась «вакансия», то все остальные солдаты могут последовательно передвигаться на освободившееся место. Все будет происходить так, как будто свободное место передвигается в сторону, противоположную перемещению солдат.
Во внешнем электрическом поле электроны перемещаются в сторону, противоположную направлению напряженности электрического поля. Положительные дырки перемещаются в направлении напряженности электрического поля, т. е. в ту сторону, куда под действием электрического поля перемещался бы положительный заряд. Электропроводность полупроводника, обусловленную перемещением положительных дырок, называют собственной дырочной проводимостью. Процесс перемещения дырок вдоль направления напряженности электрического поля, а электронов в противоположном направлении происходит по всему объему полупроводника. Таким образом, в полупроводниках наряду с собственной электронной проводимостью наблюдается собственная дырочная проводимость.
В зависимости от того, подвижность каких частиц больше — электронов или дырок, — существуют полупроводники с преобладающей собственной электронной или дырочной проводимостью. Носители тока с большей подвижностью называют основными.
4. Заметим также, что разрыв ковалентных связей может происходить не только за счет повышения температуры полупроводника, но и при воздействии на него света.
Информационные источники (основные учебники по предмету)
1.Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 10 класс общеобразоват. учреждений: базовый уровнь / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 2 изд., – М.: Просвещение, 2016. –416 с.
2.Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровнь / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 3 изд. – М.: Просвещение, 2016. - 432 с.
3.Рымкевич А.П. Задачник: сборник для учащихся общеобразовательных учреждений. – М., «Дрофа» 2008.
Ресурсы сети Интернет.
Электронные учебники, обучающие программы
1.Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 10 класс общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н Сотский; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 19 изд., – М.: Просвещение, 2010. –366 с.
2.Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 23 изд.,– М.: Просвещение, 2008. - 339 с.
3.Физика. Задачник 10-11 класс: пособие для общеобразовательных учреждений/ Рымкевич А.П. –10 изд., стереотип. М., «Дрофа» 2006.-188с.
4.1С: Образовательная коллекция. Открытая физика 1.1
«Открытая физика» http://www.physics.ru/
5.«Виртуальный методический кабинет учителя физики и астрономии»
http://www.gomulina.orc.ru/
Д.З. выуч.§110.. Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 10 класс общеобразоват. учреждений: базовый уровнь / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 2 изд., – М.: Просвещение, 2016. –416 с.
Ответьте на вопросы теста:
Вопрос 1.
Какие из представленных чистых веществ являются полупроводниками?
Варианты ответов
· бор
· углерод
· германий
· мышьяк
· таллий
· фосфор
· железо
· платина
· сурьма
Вопрос 2.
Укажите основные свойства полупроводников.
Варианты ответов
· Удельное сопротивление полупроводников с увеличением температуры достаточно резко уменьшается.
· Удельное сопротивление полупроводников уменьшается при освещении его поверхности.
· Удельное сопротивление полупроводников увеличивается при освещении его поверхности.
· Удельное сопротивление полупроводников с увеличением температуры достаточно резко увеличивается.
· Добавление примесей приводит к резкому уменьшению сопротивления полупроводника.
Вопрос 3.
Химическая связь, образованная перекрытием пары валентных электронов - электронной парой-__________________
Вопрос 4.
Сопоставьте определения и понятия.
Варианты ответов
· Проводимость полупроводников, обусловленная наличием у них свободных электронов.
· Проводимость полупроводников, обусловленная движением дырок.
· Вакантное место с недостающим электроном в ковалентной связи.
· Квазичастица, являющаяся носителем положительного заряда, равного элементарному заряду, в полупроводниках.
· Проводимость полупроводника, обусловленная движением свободных электронов и дырок в чистом полупроводнике.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 177; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!