Конспект урока по изучению нового материала Тема урока: Зонная теория строения твердых тел. Полупроводники. Примесная проводимость полупроводников


Скачать 63.44 Kb.
НазваниеКонспект урока по изучению нового материала Тема урока: Зонная теория строения твердых тел. Полупроводники. Примесная проводимость полупроводников
Дата публикации06.08.2013
Размер63.44 Kb.
ТипУрок
referatdb.ru > Физика > Урок
Конспект урока

по изучению нового материала
Тема урока: Зонная теория строения твердых тел. Полупроводники. Примесная проводимость полупроводников.

Тип урока: изучение нового материала;

Вид урока: урок лекция;

Цели урока:

Образовательная – формирования представления о зонной теории строения твердых тел, полупроводниках, примесной проводимости полупроводников.

Развивающая – формирование умений устанавливать причинно-следственные связи, способствовать развитию логического мышления и творческих способностей учащихся; перенесение теоретических знаний на жизненный опыт, работа с источником, применение на практике полученные теоретические знания.

Воспитательная – показать возможность познаваемости явлений природы, содействовать в воспитании чувства ответственности и самостоятельности, уделить внимание обучению культуре общения.

^ Основные методы, применяемые на уроке: беседа

Оборудование урока:

1) доска

2) учебник

3) компьютер
Структура урока с примерной разбивкой по времени:

1. Актуализация опорных знаний учащихся (12 мин.)

2. Формирование новых понятий и способов действия (15 мин.)

3. Закрепление изученного материала (15 мин.)

4. Рефлексия, задание на дом (3 мин.)

Ход урока

Организационный момент.

Взаимное приветствие учителя и учащихся; фиксация отсутствующих; внешняя проверка классного помещения; проверка подготовленности учащихся к уроку; организация внимания.

2. Новый материал излагается учителем.
^ ЗОННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. ПОЛУПРОВОДНИКИ.
В классической физике твердые тела разделялись по их электрическим свойствам на два вида — проводники и диэлект­рики. В квантовой физике различают еще полупроводники.

Обычно валентные электроны целиком заполняют самую низкую зону, называемую валентной (В). Свободных уровней в ней нет. Электроны, находящиеся в валентной зоне, участвуют во взаимодействиях между атомами. Они, как гово­рят, связаны и не могут перемещаться.

Следующая разрешенная зона с более высокой энергией называется зоной проводимости (П). Если электрон находится в зоне проводимости, то его энергия такова, что он разрывает валентные связи и становится свободным. Именно такие элект­роны и участвуют в создании электрического тока. Между валентной зоной и зоной проводимости находится так называ­емая запрещенная зона (3). Она определяет значения энергии, кото­рыми электроны ни при каких обсто­ятельствах не могут обладать в дан­ной кристаллической структуре.



В диэлектриках зона проводимо­сти отделена от валентной зоны ши­рокой запрещенной зоной. Если приложить к диэлектрику электриче­ское поле, то энергия, полученная электронами, будет значитель­но меньше С ростом температуры часть электронов может перейти в зону проводимости. Однако для того чтобы их коли­чество было достаточно большим, диэлектрик необходимо на­греть до такой высокой температуры, что он расплавится. Поэто­му при комнатной температуре диэлектрики практически не проводят электрический ток. Примерами диэлектриков служат смола, алмаз, стекло, керамика, пластмасса, бумага.

В металлах при объединении атомов в поликристалл ва­лентная зона частично перекрывается с зоной проводимости. Валентные электроны, оказавшиеся в зоне проводимости, легко отрываются от ядер и «коллективизируются» кристаллом. По­этому зона проводимости всегда частично заполнена свободны­ми электронами




Такое расположение энергетических зон в металлах и позво­ляет им проводить электрический ток даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Полупроводник отличается от диэлектрика тем, что ширина запрещенной зоны в нем намного меньше, чем в диэлектрике— порядка (0,5—3,0) эВ. При низких температурах валентная зона в полупро­воднике, так же как и в диэлектрике, целиком заполнена, а зона проводимости — пуста, и ток в образце не проходит. Но вследст­вие того, что ширина запрещенной зоны невелика, при повыше­нии температуры часть электронов может легко перейти в зону проводимости, что позволяет образцу проводить электриче­ский ток



При наложении электрического поля электроны в зоне прово­димости переходят на более высокие уровни, а электроны из валентной зоны переходят на освободившиеся места. В валент­ной зоне оказываются пустые места 2, которые называются «дырками». Число дырок равно числу электронов, ушедших в зону проводимости. Дыр­ка имеет положительный заряд, так как дырка—это отсутствующий электрон. Другими словами, дырка — это вакансия в связи между некото­рыми атомами, которая образова­лась, когда электрон, отвечающий за образование связи, покинул ее. Такая вакансия может быть легко занята другим электроном из ва­лентной зоны. Заняв эту вакансию, электрон оставил тем самым вакантное место в своем предыдущем поло­жении.

Приложенное внешнее поле заставляет электроны двигаться в сторону положительного электрода, а дырки — наоборот, в сто­рону отрицательного. Таким образом, электрический ток в полу­проводниках — это направленное движение электронов зоны проводимости и дырок валентной зоны. Такая проводимость полупроводника называется собственной. Говорят, что она носит электронно-дырочный характер.

В природе полупроводников с собственной проводимостью практически не существует: в них всегда имеются примеси других веществ, которые и определяют их электрические свой­ства. Рассмотрим типичный полупроводник — кристалл кремния Si. Атом кремния (Z = 14) имеет в своем составе 14 электронов, но только четыре из них, находящиеся на внешней электронной оболочке, участвуют в химических реакциях и обуславливают валентность кремния, равную четырем. Поэтому они и получили название валентных электронов.

^ Примесная проводимость полупроводников

В кристаллической решетке кремния расположение атомов таково, что каждый атом окружен четырьмя ближайшими сосе­дями. Связь двух соседних атомов обусловлена парой электронов, образующих парно-электронную или валентную связь. Такая конфигурация валентных связей соответствует чис­тому кремнию при низкой температуре. Внедреним примесь в кристалл, выполним легированием полупроводника. Если в качестве примеси для кристалла кремния ввести мышьяк As, атом которого имеет 5 валентных электронов, то его 4 электрона примут участие в валентных связях кристалличе­ской решетки кремния, а пятый «лишний» электрон оказывается связанным слабо с ядром мышьяка. Чтобы его оторвать от ядра, достаточно энергии 0,1 эВ, которая не превышает тепловой энер­гии колебаний атомов вблизи положений равновесия. Атом мышьяка вследствие этого станет положительно заряженным ионом. Но в этом случае образование дырки не происходит. В таком кристалле под действием электрического поля ток будет обусловлен движением электронов.

Примеси, вызывающие появление электронов проводимости, называются донорными и создают электронную проводимость. Полупроводник с такой примесью называется полупроводником n-типа, так как процессы проводимости определяются отрица­тельно (negative) заряженными частицами. Если в качестве примеси в кристалл кремния ввести галлий Ga, атом которого имеет три валентных электрона, то для обра­зования четырех валентных связей в кристаллической решетке галлию «недостает» одного электрона. При внедрении атома в кристаллическую решетку на месте одной валентной связи образуется дырка. Недостающий электрон может быть захвачен из соседних связей атома. Тогда дырка образуется в другом месте, т. е. дырка движется по кристаллу.

Такие примеси называются акцепторными и создают ды­рочную проводимость. Получается полупроводник с почти чисто Дырочной проводимостью, или полупроводник р-типа, в котором преобладают положительно (positive) заряженные носители тока.

Для Ge и Si донорами являются Р, As, Sb, акцепторами — В, Al, Ga, In. Преобладающие носители заряда (или электроны, или дырки) получили название основных носителей заряда. Второй тип носителей будет называться неосновным. Если же концентрации электронов и дырок сравнимы, то полупроводник обладает смешанной проводимостью.
3. Вопросы для закрепления изученного материала

1. Как образуются зоны в энергетических спектрах твердых тел?

  1. Как разделяются вещества по расположению валентной
    зоны и зоны проводимости?

  2. Какие вещества называют полупроводниками? Приведите
    примеры полупроводниковых веществ.

  3. По какому характерному признаку можно отличить
    полупроводник от металла?

  4. Что такое дырка? Что «движется» в случае дырочной про­водимости?

  5. Объясните механизм возникновения собственной проводимости полупроводников.

  6. Что называется электрическим током в чистых полупроводниках?

8. Какие виды примесных полупроводников существуют?

9.Какого рода примеси называют донорными, а какого — акцепторными?

10.Какие носители называются основными, а какие — не­
основными?

11.Объясните механизм возникновения примесной прово­димости.

12.Почему примесная проводимость намного больше собст­венной проводимости полупроводника?


  1. Рефлексия «Звонок другу»

§55,56

Похожие рефераты:

План-конспект урока по предмету «Английский язык» Тема: Which road to take
Тип урока: урок комплексного применения знаний, умений, навыков; изучения нового лексического материала
Методические указания для самостоятельной работы студентов тема:...
Цель: Дать основные определения полупроводникам, показать основные виды полупроводников и указать на их применении в жизни
Вопросы по курсу
Собственная и примесная проводимость полупроводников, типы электрических переходов
Вопросы по курсу «Основы электроники»
Электропроводность полупроводников (собственная и примесная), полупроводники "n" и "р" типа
Урока: усвоение нового материала Методы
Тема урока №1-2: «Национально-освободительное движение казахского народа против колонизации»
Урока Дата Тема урока, план изучения нового материала
Великие географические открытия, конкистадоры, колониальные империи, колонии, работорговля, взаимообмен культур
Урока Дата Тема урока, план изучения нового материала
Мануфактурное производство. Наемные рабочие Мануфактура, разделение труда, наемные рабочий
Урока: урок путешествие Цель урока
Тема урока: «Традиции празднования Рождества в Великобритании и Нового года в России»
Урока: Изучение нового материала Цели урока
Цели урока: обучить алгоритму сравнения трёхзначных чисел и проецирование полученных знаний на оценку собственной позиции по отношению...
Конспект урока 04. 09 Тема урока : Речь
...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза