Презентация по физике

+

+

+

+

Проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

Автор: Марина Владимировна Иоцук, учитель физики

ГБОУ «Дьяковская гимназия имени И, М. Стрельченко» ЛНР

СОДЕРЖАНИЕ

• Особенности и строение полупроводников…........................

• Собственная проводимость полупроводников…………………..

• Проводимость полупроводников при наличии примесей…

• р – п – переход………………………………………………………………………

• Полупроводниковый диод…………………………………………………..

• Транзистор…………………………………………………………………………….

Полупроводники — материалы, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками

и отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.

ρ

Основное свойство полупроводников – увеличение электрической проводимости

с ростом температуры.

∞

Из графика зависимости ρ(Т) видно,

что при Т → 0 , ρ → ∞ ,

а при Т → ∞ , ρ →0

Вывод:

При низких температурах полупроводник

ведет себя как диэлектрик , а при

высоких обладает хорошей проводимостью

Т

0

∞

Строение полупроводников

( на примере кремния)

Каждая пара соседних атомов

Кремний – четырехвалентный элемент,

взаимодействует с помощью парноэлектронной связи .

во внешней оболочке – четыре электрона.

Каждый атом связан с четырьмя соседними

От каждого атома в ее образовании участвует один электрон.

2

1

3

4

Любой валентный электрон может двигаться по любой из четырех связей.

.

Собственная проводимость полупроводников

При повышении температуры отдельные связи разрываются, электроны

становятся «свободными», в электрическом поле они перемещаются

упорядоченно, образуя тем самым ток. При увеличении температуры от 300 К до 700 К

их число возрастает в 10 7 раз.

+

+

+

+

Е

При разрыве связи образуется вакантное место , которое называют дыркой.

В дырке имеется избыточный положительный заряд.

Проводимость чистых полупроводников называется

собственной проводимостью полупроводников

Положение дырки в кристалле постоянно меняется. Этот процесс протекает так :

Один из электронов,

обеспечивающих связь атомов,

перескакивает на место дырки,

восстанавливает парноэлектронную связь , а там, где он находился, образуется дырка.

Если Е = 0, то перемещение дырок беспорядочно, поэтому

не создает тока.

Если Е ≠ 0, то движение дырок

становится упорядоченным , и к

электрическому току, образованному движением электронов, добавляется ток, связанный с перемещением дырок.

Вывод:

в полупроводниках имеются

носители зарядов двух типов :

электроны и дырки.

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика.

Электрическая проводимость полупроводников

при наличии примесей

ПРИМЕСИ

АКЦЕПТОРНЫЕ

ДОНОРНЫЕ

Примеси, легко принимающие

Примеси, легко отдающие

электроны, увеличивающие количество свободных электронов.

электроны, увеличивающие количество дырок.

Атом индия имеет 3 валентных

электрона, которые участвуют

в образовании парноэлектронных

связей, а для образования четвертой электрона недостает,

в результате образуется дырка.

Атом мышьяка имеет 5 валентных

электронов, 4 из которых участвуют

в образовании парноэлектронных

связей, а пятый становится свободным.

Полупроводники , содержащие

Полупроводники , содержащие

донорные примеси, называются

акцепторные примеси, называются

полупроводниками п – типа

полупроводниками р – типа

от слова negative – отрицательный

от слова positive – положительный

Наибольший интерес представляет контакт полупроводников р – и п – типа, называемый р – п - переходом

р – типа

р – п - переход

п – типа

_

+

Е

При образовании контакта электроны частично переходят из полупроводника п - типа в полупроводник р – типа, а дырки – в обратном направлении

В результате полупроводник п - типа заряжается положительно, а р – типа - отрицательно .

В зоне перехода возникает электрическое поле, которое через некоторое время начинает препятствовать дальнейшему перемещению дырок и электронов.

_

Особенности действия р – п - перехода при его подключении в цепь

р – п - переход

п – типа

р – типа

+

I

При данном подключении ток через р – п - переход

осуществляется основными носителями зарядов, поэтому

проводимость перехода велика, а сопротивление мало

Рассмотренный переход называют прямым

Вольт - амперная характеристика прямого перехода

изображена на графике

U

0

р – п - переход по отношению к току оказывается несимметричным :

в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше,

чем в обратном.

_

р – п - переход

п – типа

р – типа

+

I

При данном подключении ток через р – п - переход

осуществляется неосновными носителями, поэтому

проводимость перехода мала, а сопротивление велико.

Этот переход называют обратным

U

Вольт - амперная характеристика обратного перехода

изображена на графике пунктиром.

0

_

Полупроводниковый диод благодаря своему основному свойству –односторонней проводимости, широко используется для

выпрямления переменного тока

Изготавливают диоды из германия, кремния, селена, помещая их

в герметичный металлический корпус.

преимущества

Чтобы избежать зазора между

полупроводниками с различными

типами проводимости, в одну из

поверхностей германия вплавляют

каплю индия.

Преимущества

полупроводниковых диодов

In

• не требуют специального источника энергии

+

для образования носителей

заряда;

Между двумя областями с

проводимостями разных типов образуется р – п - переход

р – п

• очень компактны, миниатюрны;

Ge

В полупроводниковом диоде германий

служит катодом, а индий – анодом.

пропускает ток

не пропускает ток

- обозначение диода на схеме

Транзистор – прибор, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления и преобразования электрических сигналов.

Три области: эмиттер, база, коллектор.

коллекторный

эмиттерный

переход

переход

Два р – п – перехода:

• эмиттер – база – эмиттерный переход;

• коллектор – база – коллекторный переход

Ge

п – р

р – п

В зависимости от проводимости базы, транзисторы

делятся на два типа: п – р - п и р – п - р

In

In

Толщина базы должна быть значительно меньше

эмиттер

коллектор

длины свободного пробега носителей тока, а

концентрация основных носителей в базе

значительно меньше концентрации основных

носителей тока в эмиттере – для минимальной

рекомбинации в базе.

база

Площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного

перехода, чтобы перехватить весь поток носителей тока от эмиттера.

Рассмотрим принцип действия прибора при включении

в цепь, схема которой показана на рисунке

При создании напряжения между эмиттером

и базой, основные носители - дырки, проникают

в базу, где небольшая часть их рекомбинирует

с электронами базы, а основная часть попадает

в коллекторный переход , который закрыт

для электронов, но не для дырок.

Т.к. основное число дырок, пройдя через базу,

замкнули цепь, сила тока в эмиттере и

коллекторе практически равны.

Ge

п – р

р – п

In

_

In

+

коллектор

эмиттер

Сила тока в коллекторе от величины

сопротивления R практически не зависит,

Но от его величины будет зависеть

напряжение на нем. Именно поэтому,

изменяя сопротивление, можно получать многократное усиление напряжения, а , значит,

и мощности .

база

~

R

Применение транзисторов

Транзисторы получили

чрезвычайно широкое распространение:

• заменяют электронные лампы во многих цепях;
• портативная радиоаппаратура;
• цифровая техника;
• процессоры;

И все это благодаря своим преимуществам :

• не потребляют большой мощности,
• компактны по размерам и массе,
• работают при более низких напряжениях.

Э

Б

Недостатками транзисторов являются:

• большая чувствительность к повышению температуры;
• чувствительность к электрическим перегрузкам;
• чувствительность к проникающим излучениям.

К

обозначение транзистора

на схеме

Литература и интернет – ресурсы

• Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. – М. : Просвещение, 2009 г.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Транзистор - фото транзисторов

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Диод - фото диодов