Электрический ток в полупроводниках

1. Электрический ток в полупроводниках.

2. Цель урока

Познакомиться:
с зависимостью сопротивления
полупроводников от температуры на основе
электронных представлений;
с моделью электрического тока в
полупроводниках;
с закономерностью протекания тока через
р-n переход;
с применением полупроводников.

3. Задачи урока:

сформировать умения сравнивать,
анализировать и сопоставлять модель
электрического тока в полупроводниках
р-типа и n-типа

4. Повторение

1.
2.
3.
Электрический ток? Направление
тока? Условия возникновения и
существования?
Характеристики электрического тока?
Дать понятие.
Что представляет собой
электрический ток в металлах?
Подчиняется ли он закону Ома?
Вольт - амперная характеристика.

5. Повторение

4. Сопротивление. Причина
сопротивления. От чего зависит
сопротивление? (формулы, график)
5. Сверхпроводимость и ее применение.

6. Полупроводники

вещества, которые по своей
электропроводности находятся между
проводниками и диэлектриками
Примеры:
кремний, селен, сера, мышьяк,
германий и т.д.

7. Отличие полупроводников от проводников

Характер зависимости сопротивления от
температуры
металлы
полупроводники
t

8. Плоская схема структуры кристалла кремния 14Si 2)8)4)

Si
Si
Si
Si

9. Взаимодействие между соседними атомами

осуществляется с помощью
(парноэлектронной) ковалентной связи
при низкой температуре эта связь
прочная
поэтому полупроводник ведет себя
как диэлектрик

10. При нагревании кремния

Кинетическая энергия валентных электронов
увеличивается, происходит разрыв
отдельных связей.
В результате электроны покидают свое
место и перемещаются по всему кристаллу
e (свободный )
При разрыве связи образуется вакантное
место с недостающим электроном – дырка.

11. При нагревании кремния

Si
Si
e
Si
Si
дырка

12. В полупроводниках

существуют носители зарядов двух
типов: электроны и дырки.
Полупроводники обладают
электронной и дырочной
проводимостью

13. Модель электрического тока в чистых полупроводниках

Si
Si
атомы,
ионы
Si
E
Si
дырка
электроны

14. Модель электрического тока

1. Структурные единицы – атомы, положительные
ионы, свободные электроны, дырки.
Носители заряда – свободные электроны и
дырки
2. Атомы и ионы расположены упорядочено, в
узлах кристаллической решетки; дырки и
электроны – беспорядочно по всему объему
полупроводника

15. Модель электрического тока

3. Атомы и ионы - колеблются около положения
равновесия;
дырки - перемещаются вдоль направления
силовых линий поля;
электроны – против силовых линий.
4. Атомы и ионы препятствуют направленному
движению носителей заряда

16. Модель электрического тока

5. Макропараметры:
сила тока I, напряжение U,
температура Т.
Микропараметры:
скорость электронов e ,
скорость дырок д ,
концентрация электронов nэ
концентрация дырок nд

17. Проводимость полупроводников

1.
2.
Собственная – проводимость чистых
полупроводников не содержащих каких
либо примесей
Примесная – проводимость
полупроводников содержащих
примеси

18. Примеси

Донорная – примесь легко отдающая
электроны
Акцепторная – примесь захватывающая
электроны и создающая дырки

19. Полупроводники:

n – типа
полупроводник, содержащий донорную
примесь
2. р – типа
полупроводник, содержащий
акцепторную примесь
1.

20. Полупроводник n-типа

Si
Si
As
Si
свободный электрон
Si

21. Модель электрического тока в полупроводнике n-типа

E
Si
Si
Si
Si
nэ>>nд
ОНЗ - электроны
Не ОНЗ - дырки

22. Полупроводник р-типа

Si
Si
In
Si
Si
дырка

23. Модель электрического тока в полупроводнике р-типа

E
Si
Si
Si
Si
ОНЗ - дырки
nд>>nэ
Не ОНЗ - электроны

24. Закономерности протекания электрического тока

Зависимость силы тока от напряжения
U↑, E↑, F↑, a↑, ϑдр↑ => I↑
2. Зависимость силы тока от температуры
Т↑ => nэл ↑, nд ↑ => I ↑
1.

25. Закономерности протекания электрического тока

3. Зависимость сопротивления от
температуры
Мысленно нагреваем образец
полупроводника при U=const
Кинетическая энергия валентных
электронов увеличивается, происходит
разрыв отдельных связей, число
электронов и дырок увеличивается.

26. Зависимость сопротивления от температуры

Т↑
ϑэл↑, ϑдр ↑
=> I ↑
nэл ↓, nд ↓
Сильное влияние оказывает
концентрация электронов и дырок !!!

27. Электрический ток через контакт полупроводников p и n типов (p-n – переход)

28. Контакт двух полупроводников называют p-n – переходом

n
Зона
перехода
р
+
+
+
+
Диффузия прекращается после того, как электрическое
поле, возникающее в зоне перехода, начинает
препятствовать дальнейшему перемещению электронов
и дырок.

29. Включим полупроводник с p-n – переходом в электрическую цепь

n
Зона
перехода
р
+
+
+
+
+
Евнешн.
Ез
Ток через переход осуществляется основными
носителями заряда (прямой переход). Проводимость
велика, сопротивление мало.

30. Включим полупроводник с p-n – переходом в электрическую цепь

n
+
Зона
перехода
р
+
+
+
+
Евнешн
Ез
Ток через переход осуществляется неосновными
носителями заряда (обратный переход). Проводимость
мала, сопротивление большое.

31. Вольт- амперная характеристика

Прямой переход
(R – мало,
проводимость
большая)
Обратный переход
(R – большое,
проводимость мала)

32. Свойство p-n перехода

p-n переход по отношению к току
оказывается несимметричным: в
прямом направлении сопротивление
перехода значительно меньше, чем в
обратном.
Это свойство используют для
выпрямления переменного тока.

33. Полупроводниковый диод

Условное
обозначение
Изготавливают из
германия, кремния,
селена и других
веществ

34. Полупроводниковый диод

Преимущество:
Высокая надежность
Большой срок службы
Недостатки:
Ограниченный интервал температур
(от -70 до 125°С)

35. Закрепление

Чем полупроводники отличаются от
проводников?
2. Модель электрического тока в
полупроводниках
а) структурные единицы, носители
заряда.
б) как расположены структурные
единицы?
1.

36. Закрепление

в) как они движутся?
г) как взаимодействуют между собой?
д) какими микро- и макропараметрами
характеризуется модель?
3. Закономерности протекания тока
а) зависимость I(U)
б) зависимость R(T)
в) зависимость I (T)

37. Закрепление

4. Что называют p-n – переходом?
5. Что происходит в контакте двух
проводников p и n – типов?
6. Что такое запирающий слой?
7. Какой переход называют прямым?
8. Для чего служит полупроводниковый
диод?

38. Каким типом проводимости в основном будет обладать полупроводник ?

В четырехвалентный кремний добавили
первый раз трехвалентный индий, а во
второй раз пятивалентный фосфор.
А. В первом – дырочной, во втором –
электронной.
Б. В первом электронной, во втором дырочной.
В. В обоих случаях электронной.
Г. В обоих случаях дырочной

39. В одном случае в германий добавили пятивалентный фосфор, в другом – трехвалентный галлий.

Каким типом проводимости в основном обладал
полупроводник в каждом случае?
А. В первом – дырочной, во втором –
электронной.
Б. В первом – электронный, во втором –
дырочной.
В. В обоих случаях электронной.
Г. В обоих случаях дырочной.
Д. В обоих случаях электронно-дырочной

40. Домашнее задание

§ 113-115 прочитать
Вопросы устно
Упр. 20 № 1-3 стр. 340