Крюкова Л.В.Конспект уроку "Електричний струм у...

Учитель фізики Степненської ЗОШ І-ІІІ ступенів Крюкова Л.В.

Крюкова Л.В. http://vsesvit-s.at.ua/

Тема. Електричний струм у напівпровідниках

Клас 9

Мета: Розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у різних

середовищах, зокрема в напівпровідниках, з’ясувати поняття напівпровідника

та вивчити природу струму в чистих напівпровідниках; з’ясувати механізм

електропровідності напівпровідників при наявності домішок; ознайомити учнів

з будовою та призначенням основних напівпровідникових приладів;

систематизувати знання про застосування напівпровідників; розвивати в учнів

інтерес до фізики і техніки.

Тип уроку: урок

Обладнання та наочність: засоби ІКТ, таблиця Мєндєлєєва.

Хід уроку

I. Організаційний етап

ІІ. Перевірка домашнього завдання

1) Фронтальне опитування

1. Чим пояснити велику концентрацію електронів провідності у металах?

2. Як рухаються електрони провідності і металевих провідниках:

а) нема електричного поля;

б) створюють електричне поле.

3. Чому незважаючи на малу швидкість впорядкованого руху електронів у

металевому провіднику, прилади починають діяти одночасно при вмиканні

електричного струму?

4. Який фізичний зміст температурного коефіцієнту опору?

5. Коли електричною лампочкою розжарення йде більший струм: одразу після

вмикання її в мережу чи через кілька хвилин?

2) Виконання тесту за комп’ютером

3) Розв’язок задачі у дошки за карткою

IIІ. Актуалізація опорних знань

Запитання до класу

Що називається провідниками, напівпровідниками, діелектриками?

IV. Мотивація навчальної діяльності. Оголошення теми та мети уроку

Оголошення теми та завдань уроку



Запитання до класу

1. Чи актуальна дана тема з точки зору її практичного спрямування?

Чому?

2. Що буде результатом вашої роботи? У який спосіб його можна

досягти?

V. Вивчення нового матеріалу

1. Речовини залежно від електричних властивостей поділяються на

провідники, діелектрики і напівпровідники.

Ми розглянули як поводить себе електричний струм проходячи через метали.

Сьогодні розглянемо як поводить себе електричний струм проходичи через

напівпровідники.

Напівпровідники — речовини, питомий опір яких дуже швидко

зменшується з підвищенням температури.

Розглянемо залежність питомого опору напівпровідника від абсолютної

температури:

Напівпровідники використовуються для виготовлення різних приладів,

що використовуються в електротехніці. Прилади ці довговічні, малогабаритні,

міцні.

Які ж властивості напівпровідників? (Кремній, германій, селен).

1) Залежність питомого опору від стану речовини.

температури: з підвищенням температури опір зменшується;

освітлення: внаслідок освітлення опір зменшується;

наявність домішок: у сотні, тисячі разів змінюється опір зовнішніх

електричних полів;

опромінення ядерними частинками.

2) Спостерігається новий тип провідності що обумовлена рухом

позитивних зарядів.

3) На відміну від металів, де електрони вільні, у напівпровідниках

валентні електрони у зв’язаному стані.

Щоб збільшити провідність напівпровідників, потрібно збільшити

концентрацію вільних носіїв заряду. А це можна зробити при підвищенні



температури чи освітлення, тобто зміною зовнішніх умов, або зміною хімічного

складу напівпровідника.

2. Розглянемо будову напівпровідників.

Напівпровідники - речовини, які за своєю електропровідністю займають

проміжне місце між провідниками і діелектриками.

Взаємодія пари сусідніх атомів у напівпровідниках здійснюється за допомогою

ковалентного зв'язку. В утворенні цього зв'язку від кожного атома бере участь

по одному валентному електрону, які відщеплюються від атомів і під час свого

руху велику частину часу проводять у просторі між сусідніми атомами. їх

негативний заряд утримує позитивні іони один поблизу одного.

Кожний атом утворює чотири зв'язки із сусідніми, й будь-який валентний

електрон може рухатися по одному з них. Дійшовши до сусіднього атома, він

може перейти до наступного, а потім далі вздовж усього кристала. Валентні

електрони належать усьому кристалу.

Ковалентні зв'язки напівпровідника достатньо міцні й за низьких температур не

розриваються. Тому напівпровідники за низької температури не проводять

електричний струм. Валентні електрони, що беруть участь у зв'язках атомів,

міцно прив'язані до кристалічних решіток, і зовнішнє електричне поле не

чинить помітного впливу на їхній рух.

2. Власна провідність напівпровідників. У разі нагрівання напівпровідника

кінетична енергія частинок підвищується й відбувається розрив окремих

зв'язків. Деякі електрони стають вільними, подібно до електронів у металі. В

електричному полі вони переміщаються між вузлами решіток, утворюючи

електричний струм.

Провідність напівпровідників, що зумовлена наявністю в них вільних електронів, називається електронною провідністю.

У тій парі атомів, звідки зовнішнім впливом — нагріванням або освітленням —

електрон був переведений у вільний стан, з'являється надлишковий позитивний

іон. Тепловий рух атомів кристала призводить до того, що який-небудь

електрон із найближчих сусідніх атомів переходить до даного іона. Тоді

позитивним іоном виявляється сусідній атом, звідки був “захоплений”

електрон. Такий процес відбувається багато разів, і тому переміщення

позитивного заряду всередині кристала, яке відображає насправді рух зв'язаних

електронів від одного атома до іншого, називають рухом дірок. Легко побачити,

що поява дірок у кристалі створює додаткові можливості для перенесення

заряду. Під час створення в напівпровіднику електричного поля дірки

переміщаються в тому напрямі, куди рухалися б позитивні заряди.

Власну провідність напівпровідників можна розглянути на основі уявлення про

будову типового напівпровідника — германію. Відео №1



3. Домішкова провідність напівпровідників. Отже, для чистих

напівпровідників притамана власна провідність; провідність, що здійснюють

переміщенням вільних електронів є електронна провідність, а провідність

дірок – діркова провідність. Діркова провідність виникає тоді, коли в кристал

германію введені атоми (наприклад, індію). Розглянемо атом індію, який

створив з допомогою своїх валентних електронів ковалентні звязки лише з

трьома сусідніми атомами германію: відео №2



За схемою будови напівпровідникового кристала бачимо, що відбувається, коли

в нього вводиться домішка, наприклад миш'яку, що має п'ять валентних

електронів (донорна домішка), або тривалентного бору (акцепторна домішка).

Оскільки напівпровідники, що мають донорні домішки віддають зайві валентні

електрони, наділені більшим числом електронів (у порівнянні з числом дірок),

їх називають напівпровідниками n-типу переважає електронна провідність. В

напівпровідниках n-типу електрони є основними носіями заряду, а дірки —

неосновними.

Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною

називають напівпровідниками р-типу. Акцепторні домішки створюють дірки,

утворюється напівпровідник р-типу. Основними носіями заряду в

напівпровіднику р-типу є дірки, а неосновними — електрони.



ЗАПІРНИЙ

ШАР

ТРАНЗИСТОР ДІОД

p – n -ПЕРЕХІД



Учень

Найцікавіші явища відбуваються під час контакту напівпровідників n- та р-типу. Ці явища

використовують у більшості напівпровідникових приладів для випрямлення змінного струму і

підсилення електричних сигналів.

Розглянемо фізичні процеси в таких контактах.

Контакт двох напівпровідників називають р-n-переходом або електронно-дірковим

переходом.

При утворенні контакту електрони частково переходять з напівпровідності n-типу в

напівпровідність р-типу, а дірки – в зворотному напрямі (зона пререходу).

В результаті напівпровідності n-типу заряд додатній, а р-типу – від’ємний.

Дифузія припиняється після того, як електричне поле, що виникає в зоні переходу,

перешкоджає дальшому переміщенню електронів і дірок – виникає шар підвищеного опору,

який називається р-n-переходом.

Особливістю р-n-переходу є те, що його опір залежить від значення напряму

напруженості зовнішнього електричного поля, прикладеного до цього переходу.

Увімкнемо напівпровідник з р-n-переходом в електричне коло.

а) Спочатку приєднаємо батареєю так, щоб потенціал напівпровідника р-типу був

додатний, а n-типу – від’ємним.

При цьому струм через р-n-перехід передаватиметься основними носіями заряду.

Провідність буде великою, опір малим. Пряме включення і перехід називають прямим.

б) Перемикнемо полюси батареї. Струм через р-n-перехід передається неосновними

носіями заряду, а їх мало. Провідність зменшується, опір великий. Утворюється запірний

шар.

Зворотне включення – перехід називається зворотним.

Виступ учня

6. Напівпровідникові прилади.

Діод, транзистор, термістор, фоторезистор.

Діод – основний елемент сучасних випрямлячів змінного струму. Діод містить один p-n-

перехід. Виготовляються діоди з германію, кремнію, селену з добавлянням донорної домішки.

Германій – катод.

Індій – анод.

Транзистор – (тріод) (англ. переносити опір) використовується для підсилення

електричних коливань.

Напівпровідниковий прилад, що містить p-n-p або n-p-n-переходи називається

транзистором.

Термістори або терморезистори – залежність електричного опору від температури,

використовується для вимірювання температури за силою струму в колі.

Випускаються у вигляді стержнів, трубок, дисків, шайб, намистинок розміром від

кількох мікрометрів до кількох сантиметрів.

Фоторезистор або фотоопір – залежність опору напівпровідників від освітлення.

Із збільшенням світла збільшується провідність і зменшується опір.

7. Всі напівпровідникові прилади зручні в користуванні на відміну від лампових.

Транзистори і діоди набули дуже широкого використання в сучасній техніці. На відміну

від лампових не мають розжареного катода, малі за розмірами і масою, працюються при

нижчих напругах.



Але дуже чутливі до температури, перевантажень, проникаючого проміння.

Термістори застосовуються для дистанційного вимірювання температури, регулювання

температури (інкубатор), протипожежний сигнал і т. д.

Фоторезистори застосовуються для реєстрації, сортування виробів, автоматичне

вмикання маяків, освітлення вулиць.

VI. Закріплення нового матеріалу, та застосування набутих знань

1) Запитання до класу

1. Чому опір напівпровідникових матеріалів залежить від температури?

2. Який зв’язок називають ковалентним?

3. Як змінюється питомий електричний опір напівпровідників: а) під час нагрівання? б) у

разі освітлення?

4. Чому опір напівпровідників дуже сильно залежить від наявності домішок?

5. Чому вимоги до чистоти напівпровідникових матеріалів дуже високі?

6. Яку провідність має кремній з домішкою галію? фосфору? сурми?

7. Як зміниться опір зразка кремнію з домішкою фосфору, якщо ввести в нього домішку

галію?

8. Порівняйте залежність опору металів та напівпровідників від температури.

9. Що треба зробити, щоб електропровідність германія й кремнія стала такою самою, як

електропровідність металу? діелектрика? Чи збережуться при цьому їхні

напівпровідникові можливості?

2) Робота з картками

Середовище Носії електричного

заряду Тип провідності

Утворення носіїв

заряду ВАХ

Залежність

від

температури

Напів

провідники

Електрони

дірки

Електронно-

дірковий

Вплив

освітленості,

температури,

домішки

t ↑ R↓

Середовище Носії електричного

заряду Тип провідності

Утворення носіїв

заряду ВАХ

Залежність

від

температури

0 U

I



3) Розгадування кросворду



3

1 7

2 4

6\12 5

11

8 9 10

По вертикали

1.Як рухаюця електрони в електроному полі? (Хаотично).

3.Які речовини набули широкого застосування? (Напівпровідники)

5.Скільки зіткнень відбувається за 1 с. між

електронними провідностями і йонами кристальної (Мільярд)

сітки?

7. В якому напрямі рухаються заряджені частинки у (Позитивному)

провіднику?

9. Що зумовлює опір провідника? (Зіткнення)

11. Що втрачають елементи провідності при

зіткненні з йонами кристалічної решітки? (Енергію)

По горизонталі 2. Який Газ нагадує (хаотичний) рух електронних провідностей? (Ідеальний)

4. Які частини можуть переміщатися під дією електронного поля? (Йони)

6. Що виникає коли є спрямований рух зарядів? (Струм)

8.Що треба підтримувати між кінцями металевого провідника? (Різницю)

10. Яка середня швидкість упорядкованого руху електронів? (Мала)

12. Як валентні електрони в атомах металів зв'язані з атомами? (Слабо)



VII. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання

Експрес опитування «Що нового я дізнався на уроці?»

Наш урок підійшов до кінця

-Скажіть будь-ласка , що ми з вами робили сьогодні на уроці?

-Чи досягли ми мети, поставленої на початку уроку?

- Що сподобалось на уроці?

- що не сподобалось і ви хотіли б змінити?

Інтерактивна вправа «Килимок вражень»

Учні, виходячи з класу, прикріплюють на дошку «смайлики»-обличчя з різними виразами, які

показують їхній настрій після уроку.

Для конспекту учня

Напівпровідники — речовини, питомий опір яких дуже швидко зменшується з підвищенням

температури.

Провідність напівпровідників, що зумовлена наявністю в них вільних електронів, називають

електронною.

Провідність напівпровідників, що зумовлена рухом дірок, називають дірковою.

У напівпровідниках п-типу електрони є основними носіями заряду.

У напівпровідниках р-типу основними носіями заряду є дірки.

VIII. Домашнє завдання

Крюкова Л.В.Конспект уроку "Електричний струм у...

Education