Конспект урока
Урок 41. Электрический ток в полупроводниках
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) собственная и примесная проводимость;
2) p-n-переход;
3) электрический ток в полупроводниках;
4) зависимость тока от напряжения;
5) зависимость силы тока от внешних условий.
Глоссарий по теме:
Полупроводник - вещество, занимающее промежуточное положение в электропроводности между проводниками и диэлектриками.
Собственная проводимость - проводимость чистых полупроводников
Примесная проводимость - проводимость, вызванная введением примесей.
Полупроводниковый диод представляет собой устройство, содержащее p-n-соединение и способное передавать ток только в одном направлении.
Транзистор представляет собой устройство, содержащее два p-n переходов, прямые направления которых противоположны.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Соцкий Н. Н. Физика. 10 класс. Учебник для образовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 362-371.
|
|
2. Рымкевич А.П. Сборник задач физики. 10-11 класс М.: Дрофа, 2009.
Дополнительная литература.
3. Зегря Г.Г. Перел В.И. Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, 2009.
Открытые электронные ресурсы по теме урока:
http://kvant.mccme.ru/1985/09/pervoe_znakomstvo.htm
Теоретический материал для самостоятельного изучения
В полупроводниках атомы связаны ковалентными (попарно электронными) связями, которые сильны при низких температурах и освещенности. С ростом температуры и освещенности эти связи могут разрушаться, образуя свободный электрон и «дырку».
Реальные частицы - это только электроны. Электронная проводимость обусловлена движением свободных электронов. Дырочная проводимость вызвана движением связанных электронов, которые переходят от одного атома к другому, поочередно заменяя друг друга, что эквивалентно движению «дырок» в противоположном направлении. «Дырке» условно приписывают «+» заряд.
В чистых полупроводниках концентрация свободных электронов и «дырок» одинакова.
Примеси, которые легко отдают электроны, называются донорными. Если мы их добавим, мы получим полупроводник n-типа с электронной проводимостью.
Примеси, которые легко принимают электроны, называются акцепторными. Если мы их добавим, мы получим полупроводник р-типа с дырочной проводимостью.
Когда два полупроводника с разными типами проводимости входят в контакт, образуется так называемый p-n-переход. Он имеет одностороннюю проводимость. При контакте полупроводников p- и n-типа в результате диффузии электронов в полупроводник р-типа и дырок в полупроводник n-типа образуется контактное электрическое поле. Для основных носителей заряда создан барьерный слой.
|
|
При включении в цепь p-n-перехода, когда область с электронной проводимостью связана с отрицательным полюсом источника тока, а область с дырочной проводимостью с положительным полюсом, внешнее электрическое поле ослабляет контактное поле и обеспечивает ток значительной силы, называемый прямым и обусловленным движением основных носителей заряда.
Когда переход включён обратном направлении, внешнее поле усиливает контактное поле, а пограничный слой обеднен основными носителями заряда. Очень малый ток течёт из-за движения через р-п-переход неосновных носителей заряда, которых очень мало.
Полупроводниковый диод представляет собой устройство, содержащее p-n-переход и способное пропускать ток в одном направлении и не передавать его в противоположном направлении.
Транзистор или триод полупроводника - это устройство, содержащее два p-n-перехода, прямые направления которых противоположны.
Современная электроника основана на микросхемах и микропроцессорах, которые включают в себя огромное количество транзисторов. Транзисторы стали широко распространены в современных технологиях. Они заменили электронные лампы в электрических цепях научной, промышленной и бытовой техники
Примеры и разбор решения заданий
1. Выберите правильный ответ на вопрос: «Почему сопротивление полупроводников уменьшается с ростом температуры?»
Варианты ответов:
1) концентрация свободных носителей заряда уменьшается;
2) концентрация свободных носителей заряда увеличивается;
3) скорость электронов увеличивается.
Правильный вариант: 2) концентрация свободных носителей заряда увеличивается.
Подсказка: обратите внимание, что при нагревании полупроводников в них образуется больше свободных носителей заряда.
2. Решите задачу: Концентрация электронов проводимости в германии при комнатной температуре n = 3·1019 м-3. Плотность германия ρ = 5400 кг/м3, молярная масса германия μ = 0,073 кг/моль. Каково отношение числа электронов проводимости к общему числу атомов?
Решение:
Ответ: 6,7·10-10