Урок физики 11 класс

Тема урока:

«Полупроводники.

Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»

Цель урока

• Сформировать у учащихся понятие о природе электрического тока в полупроводниках, о способах измерения их свойств под действием температуры, освещённости, примесей.
• Способствовать расширению политехнического кругозора, мотивировать к изучению предмета, совершенствовать способность к восприятию и анализу технической, научной информации.
• Развитие коммуникативных компетенций учащихся, их умения работать в коллективе.

Материалы и оборудование:

Компьютер, проектор, электронные материалы по теме: «Полупроводники»; карточки – задания для самостоятельной работы в малых группах; набор полупроводниковых приборов НПП – 2; демонстрационный гальванометр; источник постоянного тока (4В); демонстрационный выключатель; электрическая лампа 60-100Вт на подставке; электрический паяльник; соединительные провода.

План проведения урока:

1. Повторение изученного и актуализация темы урока.
2. Объяснение материала темы.
3. Самостоятельная работа учащихся в группах.
4. Подведение итогов, задание на дом.

1. Повторение изученного и актуализация темы урока (6мин).

Надо вспомнить:

1. Что такое электрический ток?
2. Что принимают за направление тока?
3. Движением каких частиц образован электрический ток в металлических проводниках?
4. Почему в диэлектриках не может возникать электрический ток?
5. Как вы думаете: существует ли в природе вещества, которые по способности проводить электрический ток занимают промежуточное положение?

Да это полупроводники. Ещё чуть более полувека назад они не имели заметного практического значения. В электротехнике и радиотехнике обходились исключительно проводниками и диэлектриками. Но положение резко изменилось, когда теоретически, а затем и практически была открыта возможность управлять электрической проводимостью полупроводников.

В чём же главное отличие полупроводников от проводников и какие особенности их строения позволили широко использовать полупроводниковые приборы практически во всех электронных устройствах, позволив значительно повысить их надёжность, многократно сократить габариты, да и создать новые, о которых приходилось только мечтать: создать сотовые телефоны, миниатюрные компьютеры и т.д.?

1. Объяснение материалов темы (15мин)

1. Определение полупроводников

Большой класс веществ, удельное сопротивление которых больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков и с увеличением температуры очень резко уменьшается.

К ним относятся элементы таблицы Менделеева: германий, кремний, селен, теллур, индий, мышьяк, фосфор, бор, и т.д. некоторые соединения: сернистый свиней, сернистый кадмий, закись меди и т.д.

1. Строение полупроводников.

1. Атомная структура кристаллической решётки кремния (проекция на экране);
2. Нарушение парноэлектронных связей под воздействием внешних факторов: повышение температуры, освещённости.

Демонстрации зависимости электропроводности полупроводников:

Rт 10к ФС – К1

1. Электронная проводимость чистого полупроводника (проекция)
2. Дырочная проводимость (проекция)

Есть необходимость подчеркнуть, что дырки не являются реальными частицами. В обоих видах проводимости полупроводников движутся только валентные электроны. Проводимость отличается друг от друга лишь механизмом движения электронов. Электронная проводимость обусловлена направлением движения свободных электронов, а дырочная вызвана движением связанных электронов, переходящих от атома к атому, поочерёдно замещая друг друга в связках, что эквивалентно движению дырок в противоположном направлении.

Таким образом, в полупроводниках два типа носителей – электроны и дырки, концентрации которых в чистых полупроводниках одинаковы – собственная проводимость, она невелика.

1. Примесная проводимость (проекция)

Существенно зависит проводимость полупроводников от наличия в их кристаллах примесей:

1. донорные примеси – пятивалентные элементы, легко отдающие электроны (As, P) обеспечивают количественное преимущество электронов над дырками, создающие проводимость n – типа;
2. акцепторные примеси – трёхвалентные элементы (In, B), принимающие свободные электроны, образуя дырки. Создаётся проводимость p – типа.

Демонстрация примесей и проводимости n – типа и p – типа:

n – тип p – тип

Особый интерес представляет протекание тока не отдельно в полупроводниках n – типа или p – типа, а через контакт двух полупроводников с разными типами проводимости.

1. Самостоятельная работа учащихся в группах (20мин)

Предлагается на добровольной основе сформировать группы из 4 учеников (это надо сделать до начала урока, чтобы избежать хаотичных перемещений по кабинету и потере времени).

Каждой группе выдаётся задание, которое надлежит выполнить. Оно содержит вопросы, качественные задачи разного уровня, рассчитанные как на письменные, так и устные ответы.

1. Подведение итогов

Заслушиваем ответы представителей групп на основные вопросы данной темы, исправляем возможные ошибки. Собираем письменные отчёты. Оценки за работу выставляем после изучения второй части темы и выполнения заданий на повторение с учётом КТУ каждого учащегося в группе.

Задание на дом: § 113; §114 учебника.

ВСЕ УРОКИ ФИЗИКИ 11 класс
АКАДЕМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

2. Электрический ток

УРОК 12/23

Тема. Полупроводниковые приборы

Цель урока: разъяснить учащимся принцип работы полупроводниковых приборов.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний		1. Чем обусловлена электронная проводимость полупроводника? 2. Чем обусловлена дырочная проводимость полупроводника? 3. Какие примеси называют донорными? акцепторными? 4. Какую примесь надо ввести, чтобы получить полупроводник n -типа? p -типа?
Демонстрации		Фрагменты видеофильма «Электрический ток в полупроводниках».
Изучение нового материала		1. Полупроводниковый диод. 2. Как работает транзистор? 3. Применение полупроводников. 4. Интегральные микросхемы.
Закрепление изученного материала		1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи.

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Полупроводниковый диод использует одностороннюю проводимость p -n -перехода. Такой диод имеет два контакта для присоединения к окружности.

Часто говорят, что в незначительное сопротивление диода в прямом направлении и очень большое сопротивление - в обратном. Однако это не совсем точное утверждение: по сути, для полупроводников вообще и особенно для электронно-дырочных переходов не выполняется закон Ома. Поэтому любого постоянного сопротивления в таких проводников нет.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода имеет вид:

Полупроводниковые диоды используют для выпрямления тока переменного направления (такой ток называют переменным), а также для изготовления свето-диодов. Полупроводниковые выпрямители являются высоконадежными и имеют значительный срок использования.

Широко применяют полупроводниковые диоды в радиотехнических устройствах: радиоприемниках, видеомагнитофонах, телевизорах, компьютерах.

Чрезвычайно важными являются полупроводники в транзисторах.

Транзисторы - полупроводниковые приборы с двумя p - n -переходами.

Главным элементом транзистора является полупроводниковый кристалл, например германий, с введенными в него донорными и акцепторными примесями. Примеси распределены так, что между полупроводниками с одинаковой примесью (их называют эмиттер и коллектор) остается тонкий слой германия с примесью другого типа - этот слой называют базой.

Транзисторы бывают двух типов: p -n -p -транзисторы (рис. а) и n -p -n -транзисторы (рис. б).

В транзисторе p -n -p -типа в эмиттере и коллекторе дырок существенно больше, чем электронов, а в базе больше электронов; в транзисторе n -p -n -типа в эмиттере и коллекторе электронов больше, чем дырок, а в базе больше электронов.

Рассмотри работу транзистора p - n - p -типа. Три вывода транзистора из участков с различными типами проводимости включают в круг так, как показано на рисунке.

Если потенциал базы p - n - p -транзистора выше потенциала эмиттера, то ток не протекает через транзистор. Следовательно, транзистор может работать как электронный ключ. Если же потенциал базы ниже потенциала эмиттера, то даже незначительные изменения напряжения между эмиттером и базой приводят к значительным изменениям силы тока в цепи коллектора и, соответственно, к изменению напряжения на резисторе значительного сопротивления.

Рассмотрев работу транзистора, делаем вывод, что с помощью транзистора можно усиливать электрические сигналы.

Поэтому транзистор стал основным элементом очень многих полупроводниковых приборов.

Зависимость электропроводности полупроводников от температуры дает возможность применять их в термісторах.

Термистор - полупроводниковый терморезистор, электрическое сопротивление которого существенно изменяется при повышении температуры.

Термисторы применяют как термометры для измерения температуры.

Во многих полупроводниках связь между электронами и атомами настолько незначительный, что достаточно облучить светом кристаллы, чтобы у них возникла дополнительное количество свободных носителей зарядов.

Фоторезисторы применяются в системах сигнализации и автоматике, дистанционного управления производственными процессами, сортировка изделий и др.

Полупроводниковые диоды и транзисторы являются «кирпичиками» очень сложных устройств, называются интегральными микросхемами.

Микросхемы работают сегодня в компьютерах и телевизорах, мобильных телефонах и искусственных спутниках, в автомобилях, самолетах и даже в стиральных машинах.

Интегральную схему изготавливают на пластинке кремния. Размер пластинки - от миллиметра до сантиметра, причем на одной такой пластинке может размещаться до миллиона компонентов - крошечных диодов, транзисторов, резисторов и др.

Важными преимуществами интегральных схем является высокое быстродействие и надежность, а также низкая стоимость. Именно благодаря этому на основе интегральных схем и удалось создать сложные, но многим доступны приборы, компьютеры и предметы современной бытовой техники.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. С помощью какого опыта можно убедиться в односторонней проводимости полупроводникового диода?

2. Почему база транзистора должна быть очень малым?

3. Какую проводимость может иметь база транзистора?

Второй уровень

1. Почему ток в коллекторе примерно равен току в эмиттере?

2. В закрытом ящике размещен полупроводниковый диод и реостат. Конце приборов выведены наружу и присоединены к клеммам. Как определить, какие клеммы принадлежат диода?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Как повлияет на работу транзистора увеличение толщины его базы?

2. Известно, что в каждом транзисторе имеется два p - n -переходы, которые включены навстречу друг другу. Можно ли заменить один транзистор двумя включенными точно так же диодами?

1. Начертите схему включения транзистора p - n - p для усиления напряжения.

2. Начертите схему включения транзистора n - p - n для усиления напряжения.

3. Почему для получения вольт-амперной характеристики полупроводникового диода используют две различные схемы соединения приборов (см. рис. а, б)?

Решения. В этом случае нельзя считать сопротивление амперметра бесконечно малым, а сопротивление вольтметра - бесконечно большим. Схему а нельзя использовать для измерения обратного тока через диод (практически весь ток пойдет через вольтметр). Схему нельзя использовать для измерения напряжения прямого тока (напряжение на амперметрі намного превышает напряжение на диоде).

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

Транзистор - электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий управлять с помощью слабого входного сигнала электрическим током в электрической цепи.

С помощью транзистора можно усиливать электрические сигналы.

Термистор - полупроводниковый терморезистор, электрическое сопротивление которого существенно изменяется в случае повышения температуры.

Полупроводниковое устройство, в котором используют свойство проводника изменять свое сопротивление при освещении, называют фоторезистором.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 16 (п. 5, 6, 7, 8); подр-2: § 8.

Рів1 № 6.6; 6.9; 6.15.

Рів2 № 6.16; 6.17; 6.18.

Рів3 №6.28; 6.2; 6.30.

УРОК 10/10

Тема. Электрический ток в полупроводниках

Цель урока: сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках и о природе электрического тока в полупроводниках.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний		1. Электрический ток в металлах. 2. Электрический ток в электролитах. 3. Закон Фарадея для электролиза. 4. Электрический ток в газах
Демонстрации		Фрагменты видеофильма «Электрический ток в полупроводниках»
Изучение нового материала		1. Носители зарядов в полупроводниках. 2. Примесная проводимость полупроводников. 3. Электронно-дырочный переход. 4. Полупроводниковые диоды и транзисторы. 5. Интегральные микросхемы
Закрепление изученного материала		1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Удельные сопротивления полупроводников при комнатной температуре имеют значения, которые находятся в широком интервале, т. е. от 10-3 до 107 Ом·м, и занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Ø Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро убывает с повышением температуры.

К полупроводникам относятся многие химические элементы (бор, кремний, германий, фосфор, мышьяк, селен, теллур и др.), огромное количество минералов, сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира - полупроводники.

За достаточно низких температур и отсутствия внешних воздействий (например, освещения или нагрев) полупроводники не проводят электрический ток: при этих условиях все электроны в полупроводниках являются связанными.

Однако связь электронов со своими атомами в полупроводниках не такой крепкий, как в диэлектриках. И в случае повышения температуры, а так же за яркого освещения некоторые электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными зарядами, то есть могут перемещаться по всему образцу.

Благодаря этому в полупроводниках появляются отрицательные носители заряда - свободные электроны.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

Когда электрон отрывается от атома, положительный заряд этого атома становится некомпенсированным, то есть в этом месте появляется лишний положительный заряд. Этот положительный заряд называют «дыркой». Атом, вблизи которого образовалась дырка, может отобрать связанный электрон у соседнего атома, при этом дырка переместится до соседнего атома, а атом, в свою очередь, может «передать» дырку дальше.

Такое «естафетне» перемещение связанных электронов можно рассматривать как перемещение дырок, то есть положительных зарядов.

Ø Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

Таким образом, различие дырочной проводимости от электронной заключается в том, что электронная проводимость обусловлена перемещением в полупроводниках свободных электронов, а дырочная - перемещением связанных электронов.

Ø В чистом полупроводнике (без примесей) электрический ток создает одинаковое количество свободных электронов и дырок. Такую проводимость называют собственной проводимостью полупроводников.

Если добавить в чистый расплавленный кремний незначительное количество мышьяка (примерно 10-5 %), после твердения образуется обычная кристаллическая решетка кремния, но в некоторых узлах решетки вместо атомов кремния будут находиться атомы мышьяка.

Мышьяк, как известно, пятивалентный элемент. Чотиривалентні электроны образуют парные электронные связи с соседними атомами кремния. Пятом же валентному электрону связи не хватит, при этом он будет слабо связан с атомом Мышьяка, который легко становится свободным. В результате каждый атом примеси даст один свободный электрон.

Ø Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

Электроны из атомов кремния могут становиться свободными, образуя дыру, поэтому в кристалле могут одновременно существовать и свободные электроны и дырки. Однако свободных электронов во много раз будет больше, чем дырок.

Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

Если в кремний добавить незначительное количество трехвалентного индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку индий имеет три валентных электрона, то он может установить ковалентная связь только с тремя соседними атомами. Для установки связи с четвертым атомом электрона не хватит. Индий «одолжит» электрон у соседних атомов, в результате каждый атом Индия образует одно вакантное место - дырку.

Ø Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

В случае акцепторной примеси основными носителями заряда при прохождении электрического тока через полупроводник есть дыры. Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р -типа.

Практически все полупроводники содержат и донорные, и акцепторные примеси. Тип проводимости полупроводника определяет примесь с более высокой концентрацией носителей заряда - электронов и дырок.

Следовательно, через границу раздела полупроводников n -типа и р-типа электрический ток идет только в одном направлении - от полупроводника p -типа к полупроводнику n -типа.

Это используют в устройствах, которые называют диодами.

Полупроводниковые диоды используют для выпрямления переменного тока направлении (такой ток называют переменным), а также для изготовления светодиодов. Полупроводниковые выпрямители имеют высокую надежность и длительный срок использования.

Широко применяют полупроводниковые диоды в радиотехнических устройствах: радиоприемниках, видеомагнитофонах, телевизорах, компьютерах.

Еще более важным применением полупроводников стал транзистор. Он состоит из трех слоев полупроводников: по краям расположены полупроводники одного типа, а между ними - тонкий слой полупроводника другого типа. Широкое применение транзисторов обусловлено тем, что с их помощью можно усиливать электрические сигналы. Поэтому транзистор стал основным элементом многих полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые диоды и транзисторы являются «кирпичиками» очень сложных устройств, которые называют интегральными микросхемами.

Микросхемы «работают» сегодня в компьютерах и телевизорах, в мобильных телефонах и искусственных спутниках, в автомобилях, самолетах и даже в стиральных машинах. Интегральную схему изготавливают на пластинке кремния. Размер пластинки - от миллиметра до сантиметра, причем на одной такой пластинке может размещаться до миллиона компонентов - крошечных диодов, транзисторов, резисторов и т. др.

Важными преимуществами интегральных схем является высокое быстродействие и надежность, а также низкая стоимость. Именно благодаря этому на основе интегральных схем и удалось создать сложные, но доступные многим приборы, компьютеры и предметы современной бытовой техники.

ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какие вещества можно отнести к полупроводниковым?

2. Движением каких заряженных частиц создается ток в полупроводниках?

3. Почему сопротивление полупроводников очень сильно зависит от наличия примесей?

4. Как образуется p -n -переход? Какое свойство имеет p -n -переход?

5. Почему свободные носители зарядов не могут пройти сквозь p -n -переход полупроводника?

Второй уровень

1. После введения в германий примеси мышьяка концентрация электронов проводимости увеличилась. Как изменилась при этом концентрация дырок?

2. С помощью какого опыта можно убедиться в односторонней проводимости полупроводникового диода?

3. Можно ли получить р-n -переход, выполнив вплавления олова в германий или кремний?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Какую проводимость (электронную или дырочную) имеет кремний с примесью галлия? индию? фосфора? сурьмы?

2. Какая проводимость (электронная или дырочная) будет в кремния, если к нему добавить фосфор? бор? алюминий? мышьяк?

3. Как изменится сопротивление образца кремния с примесью фосфора, если ввести в него примесь галлия? Концентрация атомов Фосфора и Галлия одинакова. (Ответ: увеличится)

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Полупроводники - вещества, удельное сопротивление которых очень быстро снижается с повышением температуры.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением электронов, называют электронной.

· Проводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называют дырочной.

· Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n -типа.

· Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными.

· Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р-типа.

· Контакт двух полупроводников с различными видами проводимости имеет свойства хорошо проводить ток в одном направлении и значительно хуже в противоположном направлении, то есть имеет одностороннюю проводимость.

Рів1 № 6.5; 6.7; 6.15; 6.17.

Рів2 № 6.16; 6.18; 6.24, 6.25.

Рів3 № 6.26, 6.28; 6.29; 6.30.

3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 4.

Аукцион с использованием опорных слов как методический приём для актуализации опорных знаний, применение ИКТ, игровые моменты, позволяющие поменять виды деятельности на уроке, индивидуальная работа при закреплении изученного материала и последующая взаимопроверка выполненных заданий - всё это элементы, делающие обычный урок чуть интереснее.

Разработка урока по физике

Тема урока : Электрический ток в полупроводниках.

Цели урока:

Дидактическая - Познакомить учащихся с особым классом веществ – полупроводниками, ввести понятия собственной и примесной проводимости, изучить зависимость электропроводимости полупроводников от температуры и наличия примесей.

Развивающая: Способствовать расширению кругозора учащихся, развивать способность к восприятию и анализу технической и научной информации, умение пользоваться технической терминологией.

Воспитательная: Формировать ответственное отношение к приобретению знаний, навыки общения и самодисциплины.

МТО урока : медиа оборудование, презентация «Электрический ток в полупроводниках», содержащая анимационное пояснение к изучаемому материалу, карточки с ключевыми словами, раздаточный дидактический материал для самостоятельной работы.

Межпредметные связи. Химия. Темы: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Ковалентная связь.

Тип урока : Урок усвоения новых знаний на основе имеющихся.

Методы и приёмы : аукцион с использованием опорных слов, применение ИКТ, использование игровых моментов для создания здоровье сберегающих условий, фронтальный опрос, индивидуальная работа, взаимопроверка.

План урока .

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний.

3. Изучение нового материала.

3.1. Полупроводники.

3.2. Собственная проводимость полупроводников;

3.3. Примесная проводимость;

3.3.1. Донорные примеси;

3.3.2. Акцепторные примеси.

4. Закрепление изученного материала.

5. Домашнее задание.

6. Подведение итогов урока. Оценка работы учащихся.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний (опрос в форме аукциона с использованием карточек с ключевыми словами).

Методика проведения аукциона .

Преподаватель показывает карточку с ключевыми словами (словом), а учащиеся высказываются в соответствии с заданной темой, не вдаваясь в подробности. Каждый правильный ответ – балл в копилку учащегося (карточка временно остаётся у него для подсчёта баллов в дальнейшем).

Карточка. Электрический ток

Ответ . Электрическим током называется упорядоченное направленное движение свободных заряженных частиц.

Карточка . Постоянный электрический ток.

Ответ . Электрический ток, не меняющийся ни по величине, ни по направлению называется постоянным током.

Карточка . Направление постоянного тока.

Ответ . За направление постоянного тока принято направление движения положительно заряженных частиц, т.е. от «+» к «-».

Карточка. Условия существования тока

Ответ . Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и сил, которые приводили бы эти частицы в направленное движение. Например, силы электрического поля.

Карточка. Группы веществ по электропроводимости.

Ответ . По электропроводимости вещества делятся на проводники и диэлектрики.

Карточка . Проводники.

Ответ . Проводники – это вещества, хорошо проводящие ток.

Карточка . Диэлектрики

Ответ. Диэлектрики – это вещества, не проводящие ток.

3. Изучение нового материала в сопровождении презентации.

- Записываем в тетради тему урока (слайд 1).

Мотивация к дальнейшему изучению темы (слайд 2).

Знакомимся с целями данного урока (слайд 3).

Корректируем свои представления о группах веществ по электропроводимости (слайд 4).

Записываем в тетрадь

По электрической проводимости вещества можно разделить на 3 основные группы: проводники, диэлектрики, полупроводники.

Проводники, которые хорошо проводят электрический ток (металлы, растворы электролитов, плазма и др.) Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe .

Диэлектрики – вещества, которые практически не проводят электрический ток (пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага и др.)

3.1. Полупроводники

Записываем в тетрадь.

Полупроводники – вещества, проводящие ток только при определённых условиях.

Их электропроводимость зависит от температуры, освещённости, наличия примесей (Si , Ge , Se , In , As и др.).

По электрической проводимости они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (Si, Ge, Se, In, As и др.) Кроме 12 чистых химических элементов, полупроводниками являются сернистый свинец, сернистый кадмий, закись меди, многие оксиды и сульфиды металлов, некоторые органические вещества. Наибольшее применение в технике имеют германий Ge и кремний Si (слайды 4,5,6).

Ещё чуть более полувека назад полупроводники не имели заметного практического значения. В электротехнике и радиотехнике обходились исключительно проводниками и диэлектриками. Но положение резко изменилось, когда теоретически, а затем и практически была открыта возможность управлять электрической проводимостью полупроводников.

В чём же главное отличие полупроводников от проводников, и какие особенности их строения позволили широко использовать полупроводниковые приборы практически во всех электронных устройствах?

3.2. Собственная проводимость

Записываем в тетрадь.

Проводимость чистых полупроводников называют собственной проводимостью .

Ещё раз вспоминаем условия существования тока. Повторяем механизм электропроводимости металлов, акцентируя внимание на роли электрического поля (слайд 8).

Ответ учащихся

Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и сил, которые приводили бы эти частицы в направленное движение. Это могут быть силы электрического поля, которое приводит электроны в упорядоченное движение.

Рассмотрим проводимость полупроводников на примере кремния Si (слайд 9).

Кремний – четырёхвалентный химический элемент. Каждый атом кремния во внешнем электронном слое имеет по четыре неспаренных электрона, которые образуют электронные пары (ковалентные связи) с четырьмя соседними атомами. Таким образом, в полупроводнике отсутствуют свободные заряженные частицы, способные создавать ток.

Но так бывает при обычных условиях, при невысоких температурах.

- Что произойдёт, если увеличить температуру вещества (слайд 10)?

При увеличении температуры энергия и скорости движения электронов увеличиваются и некоторые из них отрываются от своих атомов, становясь свободными электронами . Оставшиеся вакантные места с некомпенсированным положительным зарядом (виртуальные заряженные частицы ), называют дырками. Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток.

Чтобы понять, как же перемещаются дырки (вакантное место), проводим игру «Пустой стул» .

Методика проведения игры .

Суть игры заключается в следующем. На одном из рядов за первой партой освобождаем стул. Это исходная позиция. Учащийся, сидящий за второй партой, пересаживается на него. Таким образом, свободный стул оказывается уже не за первой, а за второй партой. Теперь учащийся, сидящий за третьей партой, занимает освободившееся место, и пустым оказывается стул за третьей партой и т.д. Таким образом, вакантное место – пустой стул (в полупроводнике это дырка) перемещается всё дальше и дальше от первой парты, двигаясь в сторону противоположную движению участников игры (в полупроводнике – в сторону, противоположную движению электронов).

Игра помогает снять напряжение и продолжить дальнейшее успешное изучение учебного материала.

Записываем в тетрадь.

Электрический ток в чистых полупроводниках создаётся свободными электронами и дырками, которых одинаковое количество.

Это собственная проводимость полупроводников.

При увеличении температуры число свободных электронов и дырок становится больше, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается.

Записываем в тетрадь.

При увеличении температуры проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается.

Задание учащимся.

Сравните и объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры (слайд 11).

Ответы учащихся по слайду.

При увеличении температуры сопротивление металлов возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении температуры ионы в узлах кристаллической решётки колеблются интенсивнее, хаотичность движения свободных электронов возрастает, и суммарный заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени уменьшается.

При увеличении температуры сопротивление полупроводников уменьшается. Это объясняется тем, что при нагревании полупроводников в них становится больше свободных носителей заряда, что приводит к увеличению силы тока, а это равносильно уменьшению сопротивления.

3.3 Примесная проводимость полупроводников (слайды 12,13,14).

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников. Поэтому для увеличения проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют), которые бывают донорные и акцепторные

Записываем в тетрадь

Проводимость полупроводников с добавлением примесей называется примесной проводимостью. Примеси бывают донорные и акцепторные

3.3.1. Донорные примеси.

Если добавить в чистый расплавленный кремний незначительное количество мышьяка (примерно 10-5 %), после твердения образуется обычная кристаллическая решетка кремния, но в некоторых узлах решетки вместо атомов кремния будут находиться атомы мышьяка.

Мышьяк, как известно, пятивалентный элемент. Четырёхвалентные электроны образуют парные электронные связи с соседними атомами кремния. Пятому валентному электрону связи не хватит, при этом он будет слабо связан с атомом Мышьяка, который легко становится свободным. В результате каждый атом примеси отдаст один свободный электрон.

Электроны из атомов кремния могут становиться свободными, образуя дырку, поэтому в кристалле могут одновременно существовать и свободные электроны и дырки. Однако свободных электронов во много раз будет больше, чем дырок.

Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются электроны, называют полупроводниками n-типа.

Записываем в тетрадь

Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными (полупроводник n -типа).

3.3.2. Акцепторные примеси

Если в кремний добавить незначительное количество трехвалентного индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку индий имеет три валентных электрона, то он может установить ковалентную связь только с тремя соседними атомами. Для установления связи с четвертым атомом электрона не хватит. Индий «одолжит» электрон у соседних атомов, в результате каждый атом Индия образует одно вакантное место - дырку.

В случае акцепторной примеси основными носителями заряда во время прохождения электрического тока через полупроводник являются дырки. Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называют полупроводниками р-типа.

Записываем в тетрадь

Примеси, которые «захватывают» электроны атомов кристаллической решетки полупроводников, называются акцепторными (полупроводник р-типа).

4. Закрепление изученного материала .

4.1. Фронтальный опрос (слайд 16).

Что такое полупроводники?

Какими частицами создаётся ток в полупроводниках?

Чем примесная проводимость отличается от собственной проводимости?

Для чего легируют чистые полупроводники?

Что такое полупроводник р – типа?

Что такое полупроводник n – типа?

Почему с увеличением температуры сопротивление полупроводников падает?

4.2. Самостоятельная работа по карточкам .

Установите соответствие, какие физические термины и высказывания необходимы для рассказа по темам «Электрический ток в металлах», «Электрический ток газах», «Электрический ток в растворах электролитов», «Электрический ток в полупроводниках»?

Условие: при выполнении работы исправления не допускаются .

Металлы Газы Растворы электролитов Полупроводники

1. Ионы, 2. Электроны, 3. Примеси, 4. Дырка, 5. Сопротивление возрастает с ростом температуры, 6. Рекомбинация, 7. При нагревании сопротивление уменьшается, 8. Проводник, 9. Кристаллическая решётка, 10. Электрическая дуга, 11. Самостоятельный разряд,12. Огни святого Эльма, 13. Донорная, 14. Диэлектрик, 15. Электронное облако, 16. Вакуумный диод, 17. Газоразрядная трубка, 18. Акцепторная, 19. Собственная проводимость, 20. Вакуум, 21. Сверхпроводимость, 22. Ионизация, 23. Электролитическая диссоциация, 24. Электроды, 25.Электролиз, 26. Кинескоп, 27. Гальванопластика.

После выполнения задания учащиеся обмениваются карточками и проверяют друг друга, делая исправления , оценивая работу товарища.

Затем работы проверяются ещё раз с помощью ключа и передаются преподавателю.

Ключ к заданию

Металлы – 1, 2, 5, 8, 9, 21.

Газы – 1,2,6,7,10,11,12,14,17,22.

Растворы электролитов – 1,6,7,23,24,25,27.

Полупроводники – 1,2,3,4,7,9,13,18,19.

5. Домашнее задание:

1. Подготовить сравнительную таблицу «Электрический ток в различных средах».

2. Подготовить сообщение «Первое практическое применение полупроводниковых термоэлементов в годы ВОВ» («Партизанский котелок») – по желанию.

6. Подведение итогов. Оценка работы учащихся.

Использованная литература

Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений/ Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский-- 12- е изд.-М. : Просвещение, 2010. - 336 с.,: ил.-ISBN 5-01 011578-8.

Электронный учебник «Открытая физика», Физикон

ТАБЛИЦА 2

Календарно-тематический план

Календарно-тематический план – планирующее учетный документ, его целями является определение тематики, тип метода и оснащение уроков по выбранному предмету. Составление календарно-тематического плана является первым шагом создания поурочной систематизации. Исходным документом здесь является учебная программа. Календарно тематический план предусматривает межпредметные связи. При соответствии календарно-тематического плана учебной программе ориентируются на тематический план при составлении поурочного плана. Календарно-тематический план (см. таблицу 3).

Разработка урока

Изучая учебную программу, преподаватель внимательно анализирует каждую тему, что дает возможность четко определить содержание обучения, установить межпредметные связи. На основе учебной программы составляется календарно-тематический план и уже на основе календарно-тематического плана составляется поурочный план. При определении цели и содержания урока, вытекающей из учебной программы, определяется содержание записи, умений и навыков, которые учащиеся должны усвоить на данном уроке. Анализируя предыдущие уроки, и устанавливая в какой мере решены их задачи, выясняют причину недочетов, и на основе этого определяют какие изменения необходимо внести в проведения данного урока. Намечают структуру урока и время на каждую ее часть, формируют содержание и характер воспитательной работы во время урока.

План урока

Предмет: Материаловедение и электрорадиоматериалы Группа 636

Тема: Классификация и основные свойства

а) обучающая: Познакомить учащихся с понятиями и основными свойствами проводниковых материалов, рассказать о их предназначений

б) развивающая: Развить интерес к материаловедению и электрорадиоматериалам

в) воспитательная: Выработать потребность в самообразовании

Тип урока: Комбинированный

Метод изложения: поисковый

Наглядные пособия: плакат № 1, ПК

Время: 90 мин.

Ход урока

I . Вводная часть:

1. Организационный момент: проверка по рапортичке время 2 мин.

2. Проверка домашнего задания: время 15 мин.

Письменный опрос по двум вариантам + 3 уч-ся у доски (приложение1)

II . Основная часть:

1. Сообщение цели новой темы

2. Изложение нового материала время 40 мин.

а) Основные понятия

б) Классификация проводников

в) Сфера применения

3. Ответы на вопросы учащихся время 10 мин.

4. Закрепление нового материала время 20 мин.

Письменный опрос по 2 вариантам + 3 уч-ся у доски (приложение 2)

III . Заключительная часть: время 3 мин.

1. Подведение итогов

2. Задание на дом: стр. 440 ответы на вопросы, самостоятельно рассмотреть темы № 2, 3, 4, 5

3. Заключительное слово преподавателя

Преподаватель

Список литературы

1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990 г.

2. Технологические процессы машиностроительного производства. Под редакцией С. И. Богодухова, В. А Бондаренко. - Оренбург: ОГУ, 1996 г.

Приложение 1

ПИСЬМЕННЫЙ ОПРОС по 2-м вариантам

Вариант 1

1 . Что изучает предмет материаловедение.

2. Виды металлов.

3. Классификация металлов

4. Аллотропическое превращение

5 . Свойства металлов

Вариант 2

1. Определение твердости металлов

2. Механические свойства

3. Пластичность

4. Выносливость

5. Технологические свойства

Приложение 2

Письменный опрос

1 – вариант

1. Полупроводниковые материалы

2. Сверхпроводники

3. Криопроводники

4. Характеристики полупроводниковых материалов

5. Упругость материалов

2 – вариант

1. Полупроводниковые материалы.

2. Диэлектрические материалы

3. Пластичность

4. Упругость

5. Сверхпроводники

Приложение 3

Конспект урока на тему "Проводниковые материалы"

Возрастание роли техники и технического знания в жизни общества характеризуется зависимостью науки от научно-технических разработок, усиливающейся технической оснащенностью, созданием новых методов и подходов, основанных на техническом способе решения проблем в разных областях знания, в том числе и военно-техническом знании. Современное понимание технического знания и технической деятельности связывается с традиционным кругом проблем и с новыми направлениями в технике и инженерии, в частности с техникой сложных вычислительных систем, проблемами искусственного интеллекта, системотехникой и др.

Спецификация понятий технического знания обуславливается в первую очередь спецификой предмета отражения технических объектов и технологических процессов. Сравнение объектов технического знания с объектами иного знания показывает их определенную общность, распространяющуюся, в частности, на такие черты, как наличие структурности, системности, организованности и т.д. Такие общие черты отражаются общенаучными понятиями "свойство", "структура", "система", "организация" и т.п. Разумеется, общие черты объектов технического, военно-технического, естественнонаучного и общественно-научного знания отражаются такими философскими категориями "материя", "движение", "причина", "следствие" и др. Общенаучные и философские понятия употребляются и военных и в технических науках, но не выражают их специфики. Вместе с тем они помогают глубже, полнее осмыслить содержание объектов технического, военно-технического знания и отражающих их понятий технических наук.

Вообще философские и общенаучные понятия в технических науках выступают в роли мировоззренческих и методологических средств анализа и интеграции научно-технического знания.

Технический объект - это, несомненно, часть объективной реальности, но часть особая. Его возникновение и существование связаны с социальной формой движения материи, историей человека. Это определяет исторический характер технического объекта. В нем объективируются производственные функции общества, он выступает воплощением знаний людей.

Возникновение техники - это естественноисторический процесс, результат производственной деятельности человека.

Ее исходным моментом являются "органы человека". Усиление, дополнение и замещение рабочих органов - социальная необходимость, реализуемая путем использования природы и воплощения в преобразуемых природных телах трудовых функций.

Формирование техники протекает в процессе изготовления орудий, приспособления природных тел для достижения цели. И ручное рубило, и ствол дерева, выполняющий функцию моста и т.п. - все это средства усиления индивида, повышения эффективности его деятельности. Природный предмет, выполняющий техническую функцию, - это уже в потенции технический объект. В нем зафиксирована целесообразность его устройства и полезность конструктивных улучшений за счет подработки его частей.

Практическое выделение конструкции как целостности свидетельствует об актуальном существовании технического объекта. Ее важнейшими свойствами являются функциональная полезность, необычное для природы сочетание материалов, подчиненность свойств материала отношению между компонентами системы. Техническая конструкция представляет собой соединение компонентов; этот порядок обеспечивает как можно более продолжительное и эффективное функционирование орудия, исключающее его саморазрушение. Компонентом конструкции выступает деталь как исходная и неделимая для нее единица. И, наконец, с помощью технической конструкции способ общественной деятельности достигает технологичности. Технология - это та сторона общественной практики, которая представлена взаимодействием технического средства и преобразуемого объекта, определяется законами материального мира и регулируется техникой.

Техническая практика обнаруживает себя в отношении человека к технике как объекту, к ее частям и их связям.

Эксплуатация, изготовление и конструирование тесно связаны друг с другом и представляют собой своеобразное развитие технической практики. В качестве объекта эксплуатации техника выступает как некоторая материальная и функциональная целостность, сохранение и регулирование которой - непременное условие ее использования. Движущим противоречием эксплуатации является несоответствие между условиями функционирования техники и ее функциональными особенностями. Функциональные особенности предполагают постоянство условий эксплуатации, а условия эксплуатации имеют тенденцию меняться.

Преодоление этого противоречия достигается в технологии, в нахождении типовых технологических операций.

Новости