Полупроводники - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: познакомить учащихся с полупроводниками.

Ход урока

I. Анализ контрольной работы

II. Изучение нового материала

Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но их нельзя отнести и к диэлектрикам, т. к. они не являются хорошими изоляторами.

Наиболее характерным свойством полупроводников является, то, что их удельное сопротивление резко изменяется под влиянием некоторых внешних воздействий.

Эксперимент

Включим кремалевый кристалл при комнатной температуре в цепь, содержащую источник тока и гальванометр. При этом стрелка отклоняется незначительно. Полупроводники обладают большим сопротивлением. Если нагреем, то увидим, стрелка отклонилась на большой угол.

Из таких полупроводников, удельное сопротивление которых резко изменяется с изменением температуры, изготавливают термисторы. (Используют для измерения температуры.)

Сопротивление может изменяться при изменении освещенности, из таких полупроводников делают фоторезисторы.

Было установлено, что электрический ток в полупроводниках не сопровождается переносом вещества - никаких химических изменений с ними не происходит.

Отсюда следует, что носителями тока являются электроны.

В полупроводниках валентные электроды сильнее связаны с атомами. Поэтому концентрация электродов проводимости мала. При низких температурах практически все валентные электроны прочно связаны с атомами, но при внешнем воздействии на кристалл электроны приобретают энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей.

У того атома, от которого электрон был переведен в свободное состояние, появилось вакантное место с недостающим электроном. Его называют «дыркой». «Дырка» ведет себя как положительно заряженная частица. Электрон может занять вакантное место, тогда «дырка» образуется в соседнем атоме. Поэтому «дырка» блуждает по кристаллу.

При создании электрического поля «дырки» двигаются в том направлении, куда бы двигались положительные заряды, а электроны в противоположном. В полупроводниках электрический ток создается «дырками» и электронами. Такое движение в кристалле без примесей называют собственной проводимостью.

Проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике, называется примесной проводимостью.

Примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения равного им количества «дырок», называются донорными, в таких кристаллах электроны являются основными носителями тока, но не единственными.

Такие полупроводники n-типа.

Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные «дырки», не увеличивая при этом число электронов, называют акусторными.

Такие полупроводники получили название р-типа.

Проводники обладают односторонней проводимостью р-n перехода контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимости.

Для создания такого перехода нужно создать в кристалле с дырочной проводимостью область электрической проводимости (или наоборот). Такую область создают путем введения в процессе выращивания кристалла, или атомы примеси вводят в готовый кристалл. Через границу, разъединяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и «дырок».

Если р-n переход соединить с источником тока так, чтобы с его положительным полюсом была соединена область с электронной проводимостью, то электроны и дырки удаляются внешним полем от запирающегося слоя в разные стороны, увеличивая его толщину. Сопротивление р-n перехода велико. Ток мал. Если соединить источник тока так, чтобы положительный полюс был соединен с областью дырочной проводимости, запирающий слой уменьшается. Этот способ называется включением в пропускном или в прямом направлении.

Способность пропускать р-n переход тока в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Они используются для преобразования переменного тока в постоянный. Достоинства: малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий КПД. Недостаток: не могут работать ниже -70 °С, при высоких температурах резко ухудшаются рабочие параметры.

Далее открываем учебник с. 239, читаем и записываем о полупроводниковом триоде (транзистор).

Нужно ответить на следующие вопросы:

1. Как устроен транзистор?

2. Как включают транзистор в электрическую цепь?

3. На чем основана способность транзистора увеличивать электрические сигналы?

Домашнее задание

П. 115-118.