Електропровідність напівпровідників. Електронно – дірковий перехід. Напівпровідниковий діод Мета: - сформувати уявлення про вільні носії електричного заряду. - презентация

1 Електропровідність напівпровідників. Електронно – дірковий перехід. Напівпровідниковий діод Мета: - сформувати уявлення про вільні носії електричного заряду в напівпровідниках і про природу електричного струму в напівпровідниках. - Розвивати увагу, пам´ять учнів. - Виховувати наполегливість, активність, самостійність

2 Актуалізація знань: 1. Що називається електричним струмом? 2. Які потрібні умови для існування електричного струму? 3. Які речовини називаються провідниками? 4. Які речовини називаються діелектриками?

3 Різні речовини мають різні електричні властивості, але по електричній провідності їх можна поділити на 3 основні групи: Електричні властивості речовин ПровідникиНапівпровідникиДіелектрики Добре проводять електричний струм До них відносяться метали, електроліти, плазма … Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Добре проводять електричний струм До них відносяться метали, електроліти, плазма … Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Практично не проводять електричний струм До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір … Практично не проводять електричний струм До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір … Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками Si, Ge, Se, In, As Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками Si, Ge, Se, In, As

4 Розглянемо провідність напівпровідників на основі кремнію Si Si Кремній – 4 валентний хімічний елемент. Кожен атом має на зовнішньому електронному шарі по 4 електрони, які використовуються для утворення парноелектронних (ковалентних) звязків з 4 сусідніми атомами При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить електричний струм

5 Розглянемо зміни в напівпровіднику при збільшенні температури Si вільний електрон дірка + + При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них покидають звязки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що називаються дірками Під дією електричного поля електрони і дірки починають упорядкований (зустрічний) рух, утворюючи електричний струм - -

6 Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою упорядкований рух вільних електронів і позитивних частинок - дірок При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується R (Ом) t ( 0 C) R0R0 метал напівпровідник

7 Власна провідність напівпровідників явно недостатня для технічного застосування напівпровідників Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки (легують), які бувають донорні і акцепторні Донорні домішки Si As Si При додаванні 4 – валентного кремнію Si 5 – валентним мишяком As, один із 5 електронів мишяку стає вільним Таким чином змінюючи концентрацію мишяку, можна в широких межах змінювати провідність кремнію Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу, основними носіями заряду являються електрони, а домішка мишяку, що дає вільні електрони, називається донорною - -

8 Акцепторні домішки Якщо до кремнію додати трьохвалентний індій, то для утворення звязків з кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка Si In Si Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною - -

9 І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне застосування: р-типу n-типу Основні носії заряду - дірки Основні носії заряду - електрони + - Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n- типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур

10 Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що називається p-n переходом + _ Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки рухаються вправо, електрони – вліво) Опір переходу малий, струм великий. Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід добре проводить електричний струм рn

11 + _ 2. Зворотне включення Основні носії заряду не проходять через p-n перехід Опір переходу великий, струм практично відсутній Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n перехід практично не проводить електричного струму рn Запираючий шар

12 1. Як виникає електричний струм у напівпровідниках? 2. Які домішки називаються донорними? 3. Які домішки називають акцепторними? 4. Як ви розумієте поняття однобічної провідності напівпровідника? Запитання для повторення