План открытого урока по дисциплине "Электротехника и основы электроники" на тему "электропроводимость полупроводников"

План-конспект урока

Дата .12.2020г. Группа 1319

Тема урока: Электропроводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Электронно-дырочный переход и его свойства. Прямое и обратное включение «p-n» перехода.

Цель урока:

обучающая: сформировать понятия об электропроводимости полупроводников, собственной и примесной проводимости, электронно-дырочном переходе, прямом и обратном включении «p-n» перехода; Изучить свойства p-n» перехода, при прямом и обратном включении.

развивающая: развивать самостоятельность и логическое мышление, делать правильные выводы, формировать умения наблюдать и выделять главное, анализировать и сопоставлять схемы и параметры.

воспитывающая: формирование ответственности, самостоятельности, патриотизма, доброте, формирование интереса к дисциплине «электротехника и основы электроники» и к другим дисциплинам, а также к будущей профессии.

Обеспечение урока: компьютер с видеопроектором, презентация «полупроводники», карточки - задания, учебники Б.И. Петленко «Электротехника и электроника».

Тип урока: урок изучения нового материала

Методы: самостоятельная работа по учебнику, объяснительно—иллюстрационный, беседа с постановкой вопросов, демонстрация.

План урока:

1.Организационный момент (2 мин)

2.Объявление новой темы и вопросов для рассмотрения. Мотивация и актуализация (15 мин)

3.Изложение нового материала (45 мин)

4.Первичная проверка усвоения нового материала (20 мин)

5. Подведение итогов урока (5 мин)

6. Задание на дом (3 мин)

Ход урока

1.Организационный момент: проверка присутствия студентов и готовности аудитории к уроку.

2.Объявление новой темы и вопросов для рассмотрения

Тема:

1. Электропроводимость полупроводников.

2. Собственная и примесная проводимость.

3. Электронно-дырочный переход и его свойства. 4. Прямое и обратное включение «p-n» перехода

Мотивация

Ребята, по дисциплине «Материаловедение», мы с Вами изучали материалы, которые относятся к полупроводникам. Полупроводники применяются для создания полупроводниковых приборов: резисторов, диодов, транзисторов, тиристоров, интегральных микросхем, и т.д. Полупроводниковые приборы применяются для создания сложных электронных устройств автоматики: датчики, усилители, выпрямители, преобразователи, генераторы, регуляторы, контроллеры, компьютеры и т.д., из которых создают системы управления станками, конвеерами, линиями, заводами и т.д. Полупроводниковые приборы встречаются при изучении следующих дисциплин: «Типовые элементы САУ», «электрические машины», «компьютерное моделирование», ПМ01 Рпазработка и компьютерное моделирование элементов систем автоматизации с учётом специфики технологических процессов (по отраслям), и т.д. Полупроводниковые приборы используются в военных целях, для создания радиолакационных установок, в беспилотниках, в космических кораблях, танках и т.д

Актуализация опорных знаний (метод постановки проблемных вопросов и создание проблемных ситуаций)

1). Что такое полупроводники, как материалы и какие полупроводники вы знаете из дисциплины «материаловедение»?

(Полупроводники это материалы, которые по электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектрикамис удельным сопротивлением ρ = 0,001-0,0000000001Ом×м. К полупроводникам относятся простые: кремний, германий, селен, сложные: карбит кремния, арсенид галлия, фосфид индия, и т.д )

2).Какими свойствами обладают полупроводники?

(При повышении температуры, увеличении освещённости, повышении радиации, усилении эектрического, магнитного поля их электропроводимость изменяется, а ток обусловлен двумя типами носителей заряда свободными электронами и дырками.)

3). Что представляет собой ковалентная связь между атомами.

(Связь между атомами посредством двух электронов.)

4). Что такое свободный электрон и дырка в полупроводнике.

(Свободный электрон это электрон в полупроводнике который не участвует в образовании ковалентной связи между атомами и отрицательным зарядом . Дырка это свободное от электрона место в ковалентной связи и положительным зарядом.)

5).Что такое валентная зона, запретная зона, зона проводимости из зонной теории твёрдого тела?

(Валентная зона это энергия которой обладает электрон находясь на внешней орбите атома. Зона проводимости это энергия которой обладает электрон находясь в свободном не связанном с атомом состоянии. Запрещённая зона это энергия которую необходимо сообщить злектрону что бы он перешёл из валентной зоны в зону проводимости ΔЕ = Е п- Ев, у кремния это примерно ΔЕ= 1,12эВ)

6).Что происходит с электроном в структуре полупроводника, когда он получает дополнительно энергию?

(Электрон получив энергию больше ΔЕ освободится от притяжения атомов и станет свободным)

3.Изложение нового материала

Понятие о электропроводности в полупроводниках.

Электропроводимость это обратная величина электрическому сопротивлению, то есть способность материала создавать электрический ток. Чем больше подвижных носителей заряда, тем меньше сопротивление и следовательно выше электропроводимость полупроводника.

Ток в полупроводниках обусловлен свободными электронами и дырками. В целом в полупроводнике число + заряженных частиц равно числу – заряженных частиц и полупроводник нейтрален.

Электропроводность в полупроводниках зависит от температуры, освещённости, радиации, сильных электрических и магнитных полей, механической деформации. Генерация в полупроводниках это образование свободных электронов и дырок под воздействием факторов увеличивающих электропроводимость. Обратный процесс –исчезновение пары свободный электрон и дырка называется рекомбинацией. При рекомбинации происходит выделение энергии от свободного электрона в виде тепла или кванта света, что используется в светодиодах и п/п лазерах. Так как полупроводники находятся при повышенной температуре ( отличной от обсалютного нуля и под влиянием других факторов , то уже происходит генерация). Свободные электроны и дырки они уже есть в полупроводнике это и есть собственная проводимость.

Собственная и примесная проводимость

Работа по учебнику Б.И. Петленко «Электротехника и электроника» стр.129-131.до первого абзаца,

Дать определение понятиям «собственной проводимости»

Примесная электропроводность обусловлена свободными электронами и дырками полученными за счёт внедрения примесей. В полупроводниках n-типа, а основными носителями являются свободные электроны их много, а дырки неосновные носители их мало и есть неподвижные положительно заряженные ионы примеси. В полупроводниках p –типа основными носителями являются дырки их много, а неосновные носители свободные электроны их мало и есть неподвижные отрицательно заряженные ионы примеси

стр.131-133 до первого абзаца Дать определение понятиям примесной (электронной и дырочной) проводимости», полупроводникам p- типа и n- типа.

Электронно-дырочный переход и его свойства.

ЭДП это область на границе раздела двух структур n-типа и p- типа с высоким электрическим сопротивлением и электрическим полем образованным объёмными зарядами примесей.

Электронно-дырочный переход используется в полупроводниковых приборах : диодах, транзисторах, тиристорах, интегральных микросхемах. Эти приборы нам с вами ещё предстоит изучить в будущем и поэтому важно знать, что это такое и какими он обладает свойствами.

На доске рассмотреть p-n переход и его особенности. (При соединении двух структур на границе раздела происходит рекомбинация и исчезают основные носители свободные электроны и дырки. В результате этого в этой области выделяются заряды ионов примеси. В n- структуре выделяются положительные ионы примеси, так как исчезли свободные электроны, а в p- структуре выделяются отрицательные заряды ионов примеси.

ЭДП обладает свойствами: - это диэлектрик с электрическим полем.

Разность потенциалов составляет около 0,5 В.

-при освещении ЭДП происходит генерация и свободные электроны и дырки под действием электрического поля сортируются, это свойство используется у фотодиодов, солнечных батареях.)

Предлагаю посмотреть видеоролик о p- n переходе.

Прямое и обратное включение «p-n» перехода.

По схеме на доске рассмотреть прямое включение и обратное включение p- n перехода и его свойства.

(При прямом включении под действием электрического поля источника через p- n переход возникает электрический ток обусловленный основными носителями, которых много значит ток мы можем получить большой и это значит, что сопротивление «p-n» перехода низкое. При протекании прямого тока будет происходить рекомбинация, которая сопровождаться может излучением квантов света, энергия которого зависит от энергии, которую потерял электрон при рекомбинации.)

(При обратном включении под действием электрического поля источника через p- n переход возникает электрический ток обусловленный неосновными носителям, которых мало значит ток мы можем получить небольшой и это значит, что сопротивление «p-n» перехода большое. При этом происходит расширение p- n перехода, то есть толщина диэлектрика увеличивается,( эта особенность используется в полевых транзисторах) а в полупроводниковых структурах образуются объёмные заряды за счёт основных носителей(это свойство используется в конденсаторах). Две полупроводниковые структуры и p- n переход между ними можно рассматривать как конденсатор, структуры с зарядами это обкладки, а p- n переход это диэлектрик. Это используется у варикапов. )

4.Первичная проверка усвоения нового материала

Вопросы для первичной проверки:

1)Что такое собственная и примесная проводимость?

2) Что влияет на собственную проводимость в полупроводнике?

3) Что такое генерация в полупроводнике?

4) Что такое рекомбинация в полупроводнике?

5) В какой вид энергии преобразуется энергия свободного электрона при рекомбинации?

5) Что такое полупроводник n-типа?

6) Что такое полупроводник p-типа?

7)Что такое p- n переход

8) Особенности прямого включения p- n перехода

9) Особенности обратного включения p- n перехода

6. Подведение итогов урока:

Анализ оценок, замечания.

7. Задание на дом: учебнику Б.И. Петленко «Электротехника и электроника» стр.129-136, законспектировать Что такое лавинный и тепловой пробой в p- n переходе

1.2. Цель и планируемые результаты освоения дисциплины: