Взяти участь
Поспішайте взяти участь в акції «Методичний тиждень 2.0».
Головний приз 500грн + безкоштовний вебінар.
До визначення переможців залишилось:
3
Дня
3
Години
16
Хвилин
30
Секунд
Предмети »
  • Всеосвіта
  • Бібліотека
  • Електричний струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідності напівпровідників

Електричний струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідності напівпровідників

Курс:«Основи фінансової грамотності»
Часнікова Олена Володимирівна
72 години
2700 грн
390 грн
Свідоцтво про публікацію матеріала №YU622995
За публікацію цієї методичної розробки Угорчук Володимир Васильович отримав(ла) свідоцтво №YU622995
Завантажте Ваші авторські методичні розробки на сайт та миттєво отримайте персональне свідоцтво про публікацію від ЗМІ «Всеосвіта»
Перегляд
матеріалу
Отримати код

Тема 32. Електричний струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідності напівпровідників.

Мета: сформувати уявлення про вільні носії електричного заряду в напівпровідниках і про природу електричного струму в чистих напівпровідниках з точки зору електронної теорії.

Актуальність: вміння пояснювати фізичні явища, пізнавальна зацікавленість до предмета.

Міжпредметна інтеграція: математика, хімія.

План

1. Початкові відомості про напівпровідники.

2. Електронна провідність металів.

3. Електронна провідність напівпровідників.

4. Діркова провідність напівпровідників.

5. Домішкова провідність напівпровідників.

Знати: Що таке напівпровідники, типи провідності напівпровідників і металів.

Вміти: розрізняти типи провідності в напівпровідниках.

Ключові поняття: Електронна провідність металів, електронна провідність напівпровідників, діркова провідність напівпровідників, домішкова провідність напівпровідників.

1. Початкові відомості про напівпровідники.

Для того щоб пояснити учням походження назви «напівпровідники», розглянемо спочатку таблицю питомих опорів деяких матеріалів (Ом ∙ м при 20 °С):

Метал

Питомий опір

Напівпро-відник

Питомий опір

Діалект-рик

Питомий опір

Срібло

1,6*10-8

Телур

2,5*10-3

Скло

2*1011

Мідь

1,7*10-8

Германій

5,0*10-2

Фарфор

3*1012

Сталь

1,2*10-7

Селен

102-104

Ебоніт

2*1013

Ніхром

1,2*10-6

Окис міді

1*107

Сірка

3*1015

Як видно з таблиці, питомі опори напівпровідників за кімнатної температури мають значення, що перебувають у широкому інтервалі, тобто від 10-3 до 107 Ом • м, і посідають проміжне положення між металами та діелектриками.

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

2. Електронна провідність металів.

Класична електронна теорія так пояснює відмінність властивостей провідників і діелектриків: в одних тілах є вільні носії зарядів, які. можуть переміщатися в різних напрямах, а в інших тілах носії електричних зарядів зв'язані й можуть лише дещо зміщуватися в той чи інший бік.

Серед твердих тіл зустрічаються тіла, однакові за хімічним складом, але різні за електричними властивостями (наприклад, алмаз і графіт). Електричні властивості залежать, очевидно, від типу зв'язку атомів у твердих тілах.

Між атомами в металах існує ковалентний зв'язок, за якого електрони слабко утримуються йонами кристалічної ґратки. Ці так звані вільні електрони провідності можуть створювати струм у металі. Отже, структуру металу можна уявити собі як йонний кістяк, уміщений в електронний газ. Уявлення про електронний газ — це дещо наближена модель явища, у якій допускаються відомі спрощення.

В основі класичної електронної теорії лежать такі положення:

  • вільні електрони в металі поводяться як молекули ідеального газу; «електронний газ» підкоряється законам ідеального газу, до якого застосовні всі положення МКТ;

  • рух електронів відбувається за законами класичної механіки Ньютона;

  • взаємодія електронів один з одним не враховується.

3. Електронна провідність напівпровідників.

У напівпровідниках валентні електрони «належать» не одному атому (як у діелектрику), але й не всім атомам зразка (як у металі), а двом сусіднім атомам.

Зв'язок електронів з атомами в напівпровідниках набагато слабкіший, ніж у діелектриках. Тому вже за кімнатної температури «теплова» енергія деяких валентних електронів достатня для того, щоб вони залишили свою пару атомів, ставши електронами провідності. Так у напівпровіднику виникають негативні носії заряду.

Провідність напівпровідника, зумовлену електронами провідності, називають електронною.

4. Діркова провідність напівпровідників.

Коли валентний електрон «виривається з обіймів» атомів-сусідів, стаючи електроном провідності, він не тільки сам стає вільним, але ще й «звільняє місце» для своїх колишніх сусідів-електронів, надаючи їм деякої свободи пересування. Звільнене місце, яке назвали «діркою», може зайняти який-небудь із сусідніх валентних електронів. Дірка при цьому опиниться на новому місці, куди, у свою чергу, може перейти наступний валентний електрон. А дірка при цьому знову переміститься, тому «естафетне» переміщення валентних електронів є, по суті, переміщенням дірок.

Переміщення ж дірок слід розглядати як рух позитивних носіїв заряду, оскільки кожна дірка відповідає нестачі негативного заряду або, що те саме, надлишкові позитивного заряду.

Провідність напівпровідника, зумовлену дірками, називають дірковою.

Якщо розглядуваний напівпровідник не містить домішок, у ньому буде рівна кількість електронів провідності .й дірок, оскільки поява кожного електрона провідності супроводжується появою дірки.

Провідність, зумовлену електронами провідності та дірками, називають власною провідністю напівпровідника.

5. Домішкова провідність напівпровідників.

Співвідношення між кількістю електронів провідності та кількістю дірок можна змінювати, уводячи в напівпровідник невеликі кількості різних домішок.

Додамо у кристал, який складається з чотиривалентних атомів Силіцію, деяку кількість п'ятивалентних атомів Арсену. Зайнявши в кристалічній ґратці місце одного з атомів Силіцію, атом Арсену колективізує чотири з п'яти своїх валентних електронів із чотирма сусідами-атомами Силіцію. Однак його п'ятий валентний електрон виявиться «зайвим» і не зможе взяти участь в утворенні міжатомних зв'язків. Тому він стане електроном провідності.

Домішки, атоми яких легко віддають свої валентні електрони, називають донорними.

Як ми бачимо, додавання у напівпровідник донорної домішки робить його провідність переважно електронною.

Напівпровідники, у яких основними носіями заряду є електрони провідності, називають напівпровідниками n-типу.

Якщо додати в кристал Силіцію домішку, яка складається з атомів з меншою, ніж у Силіцію, валентністю, наприклад, із тривалентних атомів Алюмінію, то кожен атом Алюмінію збільшує число дірок на одиницю, і кількість дірок стає більшою за кількість електронів провідності. Концентрацію домішки добирають так, щоб основними носіями заряду стали дірки.

Домішки, які збільшують кількість дірок у напівпровіднику, називають акцепторними.

Додавання у напівпровідник акцепторної домішки робить його провідність переважно дірковою. Такі напівпровідники називають напівпровідниками р-типу.

Література

1. Фізика. 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закладів : рівень стандарту / Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев.– Х. : Гімназія, 2010.

2. Фізика. Підруч. для 10 кл. серед. загальноосвіт. шк../ С. У. Гончаренко К.: Освіта, 2002.

3. А. П. Римкевич. Збірник задач з фізики. – К.: «Радянська школа», 1982.

4. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 11 клас. Рівень стандарту. - Х.: Вид. група Основа, 2011.

Питання для самоаналізу

1. Як показати, що одні тіла є провідниками, а інші — непровідниками?

2. Чим пояснити більшу концентрацію електронів провідності в металах?

3. Як було доведено на досліді, що носіями заряду в металах є електрони?

4. Чому опір напівпровідникових матеріалів залежить від температури?

5. Який зв'язок називають ковалентним?

6. Чому опір напівпровідників надзвичайно залежить від наявності домішок?

7. Чи однаковому напрямку струму відповідає рух електронів провідності і дірок за наявності зовнішнього електричного поля?

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу

Опис документу:
Електричний струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідності напівпровідників
  • Додано
    01.03.2018
  • Розділ
    Фізика
  • Клас
    11 Клас
  • Тип
    Конспект
  • Переглядів
    563
  • Коментарів
    0
  • Завантажень
    5
  • Номер матеріала
    YU622995
  • Вподобань
    0
Курс:«Google сервіси в роботі вчителя»
Левченко Ірина Михайлівна
16 годин
700 грн
190 грн
Свідоцтво про публікацію матеріала №YU622995
За публікацію цієї методичної розробки Угорчук Володимир Васильович отримав(ла) свідоцтво №YU622995
Завантажте Ваші авторські методичні розробки на сайт та миттєво отримайте персональне свідоцтво про публікацію від ЗМІ «Всеосвіта»
Шкільна міжнародна дистанційна олімпіада «Всеосвiта Зима – 2018-2019»

Бажаєте дізнаватись більше цікавого?


Долучайтесь до спільноти