Электрический ток в полупроводниках

Электрический ток в различных средах

Актуализация опорных знаний

1. Какие частицы являются носителями электрического тока в металлах?

2. Какие частицы являются носителями электрического тока в электролитах?

А. Только электроны.

Б. Электроны и протоны.

В. Электроны и положительные ионы.

Г. Положительные и отрицательные ионы.

3. Огни святого Эльма возникают на краях матч кораблей, в старину их считали предвестниками беды. На сегодняшний день есть объяснение данному явлению. Светящиеся огни вокруг мачт кораблей возникают...

4. В результате какого явления освобождаются из катода электроны, создающие ток в вакуумном диоде (электронной лампе)?

5. Стрелка электрометра показывает, что на пластинах накоплен электрический заряд. При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра не изменяется. К какому классу веществ относится сухой воздух?

6. Упорядоченное движение заряженных свободных электронов называется электрическим током в металлах. Что принято считать за скорость тока в проводнике?

А. Наибольшую скорость движения электронов.

Б. Скорость движения электрического поля.

В. Наименьшую скорость движения электронов.

Г. Среднюю скорость движения электронов.

7. Сколько минут длилось никелирование током силой 2 A, если масса выделившегося никеля равна 1,8 г? Электрохимический эквивалент никеля 0,3 мг/Кл.

А.20

Б. 30 В. 40 Г. 50

8. Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор соли NaCl является проводником?

А. Соль в воде распадается на заряженные ионы Na+  и Cl-.

Б. После растворения соли молекулы NaCl переносят заряд

В. В растворе от молекулы NaCl отрываются электроны и переносят заряд.

Г. При взаимодействии с солью молекулы воды распадаются на ионы водорода и кислорода.

9. В газах без действия ионизатора может наблюдаться процесс соединения положительных ионов и свободных электронов в нейтральный атом. Как называется данный процесс?

10. Вакуум является диэлектриком потому, что…

ПРОВЕРКА

1. Г

2. А

3. В

4. В

5. Б

6. Б

7. Г

8. А

9. Б

10. А

Электрический ток в различных средах

ВОПРОСЫ:

• Классификация веществ по проводимости
• Собственная проводимость полупроводников
• Примесная проводимость полупроводников
• p – n переход и его свойства
• Полупроводниковый диод и его применение
• Вопросы для контроля

Вопрос 1

Классификация веществ по проводимости

Классификация веществ по проводимости

Электрические

свойства веществ

Проводники

Полупроводники

Диэлектрики

Хорошо проводят электрический ток

К ним относятся металлы, электролиты, плазма …

Наиболее используемые проводники – Au , Ag, Cu, Al, Fe …

Практически не проводят электрический ток

К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага …

Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками

Si, Ge, Se, In, As

Классификация веществ по проводимости

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Вспомните и объясните характер проводимости металлов и его зависимость от температуры

Немного о полупроводниках.

Полупроводники ( ПП ) – широкий класс веществ, характеризующихся значениями удельного сопротивления , промежуточным между удельным сопротивлением металлов ( ≈ 10 -2 – 10 -4 Ом • м ) и хороших диэлектриков ( ≈ 10 8 – 10 10 Ом • м ) .

К ПП следует отнести: большинство минералов , неметаллические элементы 3-й, 4-й, 5-й и 6-й групп периодической системы Д.И. Менделеева, неорганические соединения (сульфиды, оксиды и др.), некоторые сплавы металлов, органические красители.

• К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений.

• Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники.

• Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры.

Зависимость сопротивления металлов от температуры

Зависимость уд. сопротивления полупроводников от температуры

Вопрос 2

Собственная проводимость полупроводников

Собственная проводимость полупроводников

Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si

Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона , которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами

-

Si

Si

-

Si

-

-

-

-

Si

Si

-

-

При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников

-

Si

Si

свободный электрон

-

-

Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток

дырка

+

+

Si

-

-

-

-

Si

Si

+

-

-

свободными электронами дырками.

Собственная проводимость полупроводников

, электрический ток в полупроводниках свободных электронов дырок

увеличении температуры проводимость полупроводников растет

R (Ом)

металл

R 0

полупроводник

t ( 0 C)

Объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры

Зависимость уд. сопротивления полупроводников от температуры исп. в термисторах для измерения температуры и в автоматике

Зависимость уд. сопротивления полупроводников от освещенности

ФОТОРЕЗИСТОР

Видеоролик

Вопрос 3

Примесная проводимость полупроводников

Примесная проводимость полупроводников

донорные акцепторные

-

Донорные примеси

Si

Si

-

При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As , один из 5 электронов мышьяка становится свободным

Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния

-

As

-

-

-

-

Si

Si

-

-

Такой полупроводник называется полупроводником n – типа , основными носителями заряда являются электроны , а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной

Примесная проводимость полупроводников

Акцепторные примеси

кремний индием дырка

-

Si

Si

-

Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами

In

-

-

+

-

Si

Si

-

-

Такой полупроводник называется полупроводником p – типа , основными носителями заряда являются дырки , а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной

Примесная проводимость полупроводников

р - типа

n - типа

+

-

Основные носители заряда - дырки

Основные носители заряда - электроны

Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда ( в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки), количество которых растет при увеличении температуры

Объясните, как изменяется количество неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике при увеличении температуры

Вопрос 4

p – n переход и его электрические свойства

При контакте электроны частично переходят в полупр. р-типа

Возникает запирающий слой

Видеоролик на с.319 электронного учебника

Применение полупроводниковых диодов

Выпрямление переменного тока

Детектирование электрических сигналов

Стабилизация тока и напряжения

Передача и прием сигналов

Микропроцессорная техника и другое применение

p – n переход и его свойства

Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p – n переходом

1. Прямое включение

р

n

_

+

-

+

-

+

-

-

+

+

Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево)

Сопротивление перехода мало, ток велик.

Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток

p – n переход и его свойства

2. Обратное включение

n

р

+

_

-

+

-

+

-

+

-

+

Основные носители заряда не проходят через p – n переход

Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует

Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток

p – n переход и его свойства

Итак, основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней проводимости

Вольт – амперная характеристика p – n перехода (ВАХ)

I (A)

U ( В)

Объясните на основе строения полупроводников и свойствах p – n перехода график зависимости силы тока от напряжения ( ВАХ) перехода

Вопрос 5

Полупроводниковый диод и его применение

Полупроводниковый диод и его применение

Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус

Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ)

I (A)

Основное свойство диода – его односторонняя электрическая проводимость

U ( В)

Полупроводниковый диод и его применение

Применение полупроводниковых диодов

Выпрямление переменного тока

Детектирование электрических сигналов

Стабилизация тока и напряжения

Передача и прием сигналов

Прочие применения

Полупроводниковый диод и его применение

Схема однополупериодного выпрямителя

Каковы недостатки выпрямителя на одном диоде

Полупроводниковый диод и его применение

Схема двухполупериодного выпрямителя (мостовая)

~

+

-

В чем преимущества двухполупериодного выпрямителя

Вопрос 6

Вопросы для контроля

Вопросы для контроля

• Объясните характер проводимости полупроводников р – типа
• Объясните характер проводимости полупроводников n – типа
• На основе строения полупроводника объясните зависимость его сопротивления от температуры
• Для чего легируют чистые полупроводники
• Как, имея источник тока и лампочку, проверить исправность полупроводникового диода
• Объясните принцип выпрямления переменного тока с помощью полупроводникового диода
• Расскажите об основных применениях полупроводниковых диодов

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

• § 110, 111.
• Упражнение на стр.371.