Электрический ток в полупроводниках - История изменений

User33 в 14:48, 5 июля 2012

2012-07-05T14:48:29Z

User3 в 20:10, 28 августа 2010

2010-08-28T20:10:25Z

← Предыдущая		Версия 20:10, 28 августа 2010
Строка 5:		Строка 5:
	<metakeywords>Физика, 10 класс, Электрический ток, в полупроводниках</metakeywords>		<metakeywords>Физика, 10 класс, Электрический ток, в полупроводниках</metakeywords>

-	В чем главное отличие полупроводников от проводников? Какие особенности строения полупроводников открыли им доступ во все радиоустройства, телевизоры и ЭВМ?<br>   Отличие проводников от полупроводников особенно проявляется при анализе зависимости их электропроводимости от температуры. Исследования показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS, GaAs и др.) удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов (''рис.16.3''), а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается (''рис.16.4''). Такие вещества и называют '''полупроводниками'''.<br>[[Image:a16.3.jpg\|center]][[Image:a16.4.jpg\|center]]   Из графика, изображенного на рисунке, видно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. Это означает, что при низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик. По мере повышения температуры его удельное сопротивление быстро уменьшается.<br>   '''Строение полупроводников'''. Для того чтобы включить транзисторный приемник, знать ничего не надо. Но чтобы его создать, надо было знать очень много и обладать незаурядным талантом. Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и трудно. Сначала необходимо познакомиться с механизмом проводимости в полупроводниках. А для этого придется вникнуть в ''природу связей'', удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга.<br>   Для примера рассмотрим кристалл кремния.<br>   Кремний - четырехвалентный элемент. Это означает, что во внешней оболочке его атома имеется четыре электрона, сравнительно слабо связанных с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Схема структуры кристалла кремния изображена на рисунке 16.5.<br>[[Image:a16.5.jpg\|center]]   Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой '''ковалентной связью'''. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от атома, которому они принадлежат (коллективируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.<br>   Не надо думать, что коллективированная пара электронов принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.<br>   Парноэлектронные связи в кристалле кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны являются как бы «цементирующим раствором», удерживающим кристаллическую решетку, и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия.<br>   '''Электронная проводимость.''' При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, создавая электрический ток (''рис.16.6'').<br>[[Image:a16.6.jpg\|center]]   Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют '''электронной проводимостью'''. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 10<sup>17</sup> до 10<sup>24</sup> 1/м<sup>3</sup>. Это приводит к уменьшению сопротивления.<br>   '''Дырочная проводимость.''' При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют'''дыркой'''. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями (см. рис. 16.6).<br>   Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.<br>   Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то перемещение дырок, равноценное перемещению положительных зарядов, происходит беспорядочно и поэтому не создает электрического тока. При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов (''рис.16.7'').<br>[[Image:a16.7.jpg\|center]]   В отсутствие внешнего поля на один свободный электрон (-) приходится одна дырка (+). При наложении поля свободный электрон смещается против напряженности поля. В этом направлении перемещается также один из связанных электронов. Это выглядит как перемещение дырки в направлении поля.<br>   Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и '''дырочной проводимостью'''.<br>   Мы рассмотрели механизм проводимости чистых полупроводников. Проводимость при этих условиях называют '''собственной проводимостью''' полупроводников.<br>   Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость).<br><br><br>   ???<br>   1. Какую связь называют ковалентной?<br>   2. В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?<br>   3. Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?<br>   4. Что происходит при встрече электрона с дыркой?<br>	+	В чем главное отличие полупроводников от проводников? Какие особенности строения полупроводников открыли им доступ во все радиоустройства, телевизоры и ЭВМ?<br>   Отличие проводников от полупроводников особенно проявляется при анализе зависимости их электропроводимости от температуры. Исследования показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS, GaAs и др.) удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов (''рис.16.3''), а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается (''рис.16.4''). Такие вещества и называют '''полупроводниками'''.<br>[[Image:A16.3.jpg\|center\|179x166px]][[Image:A16.4.jpg\|center\|182x169px]]   Из графика, изображенного на рисунке, видно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. Это означает, что при низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик. По мере повышения температуры его удельное сопротивление быстро уменьшается.<br>   '''Строение полупроводников'''. Для того чтобы включить транзисторный приемник, знать ничего не надо. Но чтобы его создать, надо было знать очень много и обладать незаурядным талантом. Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и трудно. Сначала необходимо познакомиться с механизмом проводимости в полупроводниках. А для этого придется вникнуть в ''природу связей'', удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга.<br>   Для примера рассмотрим кристалл кремния.<br>   Кремний - четырехвалентный элемент. Это означает, что во внешней оболочке его атома имеется четыре электрона, сравнительно слабо связанных с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Схема структуры кристалла кремния изображена на рисунке 16.5.<br>[[Image:A16.5.jpg\|center\|314x122px]]   Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой '''ковалентной связью'''. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от атома, которому они принадлежат (коллективируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.<br>   Не надо думать, что коллективированная пара электронов принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.<br>   Парноэлектронные связи в кристалле кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны являются как бы «цементирующим раствором», удерживающим кристаллическую решетку, и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия.<br>   '''Электронная проводимость.''' При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, создавая электрический ток (''рис.16.6'').<br>[[Image:A16.6.jpg\|center\|291x117px]]   Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют '''электронной проводимостью'''. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 10<sup>17</sup> до 10<sup>24</sup> 1/м<sup>3</sup>. Это приводит к уменьшению сопротивления.<br>   '''Дырочная проводимость.''' При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют'''дыркой'''. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями (см. рис. 16.6).<br>   Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.<br>   Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то перемещение дырок, равноценное перемещению положительных зарядов, происходит беспорядочно и поэтому не создает электрического тока. При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов (''рис.16.7'').<br>[[Image:A16.7.jpg\|center\|235x117px]]   В отсутствие внешнего поля на один свободный электрон (-) приходится одна дырка (+). При наложении поля свободный электрон смещается против напряженности поля. В этом направлении перемещается также один из связанных электронов. Это выглядит как перемещение дырки в направлении поля.<br>   Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и '''дырочной проводимостью'''.<br>   Мы рассмотрели механизм проводимости чистых полупроводников. Проводимость при этих условиях называют '''собственной проводимостью''' полупроводников.<br>   Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость).<br><br><br>   ???<br>   1. Какую связь называют ковалентной?<br>   2. В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?<br>   3. Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?<br>   4. Что происходит при встрече электрона с дыркой?<br>

-		+	<br> ''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''
-	''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''	+

	<br> <sub>Материалы [[Физика и астрономия\|по физике]], задание и ответы по классам, планы конспектов уроков [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>		<br> <sub>Материалы [[Физика и астрономия\|по физике]], задание и ответы по классам, планы конспектов уроков [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>

User3 в 20:07, 28 августа 2010

2010-08-28T20:07:25Z

← Предыдущая		Версия 20:07, 28 августа 2010
Строка 1:		Строка 1:
	'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!\|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия\|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс\|Физика 10 класс]]>>Физика: Электрический ток в полупроводниках '''		'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!\|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия\|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс\|Физика 10 класс]]>>Физика: Электрический ток в полупроводниках '''

		+	<br>

		+	<metakeywords>Физика, 10 класс, Электрический ток, в полупроводниках</metakeywords>

-	~~<metakeywords>Физика, 10 класс, Электрический ток, в полупроводниках</metakeywords>~~	+	В чем главное отличие полупроводников от проводников? Какие особенности строения полупроводников открыли им доступ во все радиоустройства, телевизоры и ЭВМ?<br>   Отличие проводников от полупроводников особенно проявляется при анализе зависимости их электропроводимости от температуры. Исследования показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS, GaAs и др.) удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов (''рис.16.3''), а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается (''рис.16.4''). Такие вещества и называют '''полупроводниками'''.<br>[[Image:a16.3.jpg\|center]][[Image:a16.4.jpg\|center]]   Из графика, изображенного на рисунке, видно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. Это означает, что при низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик. По мере повышения температуры его удельное сопротивление быстро уменьшается.<br>   '''Строение полупроводников'''. Для того чтобы включить транзисторный приемник, знать ничего не надо. Но чтобы его создать, надо было знать очень много и обладать незаурядным талантом. Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и трудно. Сначала необходимо познакомиться с механизмом проводимости в полупроводниках. А для этого придется вникнуть в ''природу связей'', удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга.<br>   Для примера рассмотрим кристалл кремния.<br>   Кремний - четырехвалентный элемент. Это означает, что во внешней оболочке его атома имеется четыре электрона, сравнительно слабо связанных с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Схема структуры кристалла кремния изображена на рисунке 16.5.<br>[[Image:a16.5.jpg\|center]]   Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой '''ковалентной связью'''. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от атома, которому они принадлежат (коллективируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.<br>   Не надо думать, что коллективированная пара электронов принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.<br>   Парноэлектронные связи в кристалле кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны являются как бы «цементирующим раствором», удерживающим кристаллическую решетку, и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия.<br>   '''Электронная проводимость.''' При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, создавая электрический ток (''рис.16.6'').<br>[[Image:a16.6.jpg\|center]]   Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют '''электронной проводимостью'''. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 10<sup>17</sup> до 10<sup>24</sup> 1/м<sup>3</sup>. Это приводит к уменьшению сопротивления.<br>   '''Дырочная проводимость.''' При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют'''дыркой'''. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями (см. рис. 16.6).<br>   Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.<br>   Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то перемещение дырок, равноценное перемещению положительных зарядов, происходит беспорядочно и поэтому не создает электрического тока. При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов (''рис.16.7'').<br>[[Image:a16.7.jpg\|center]]   В отсутствие внешнего поля на один свободный электрон (-) приходится одна дырка (+). При наложении поля свободный электрон смещается против напряженности поля. В этом направлении перемещается также один из связанных электронов. Это выглядит как перемещение дырки в направлении поля.<br>   Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и '''дырочной проводимостью'''.<br>   Мы рассмотрели механизм проводимости чистых полупроводников. Проводимость при этих условиях называют '''собственной проводимостью''' полупроводников.<br>   Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость).<br><br><br>   ???<br>   1. Какую связь называют ковалентной?<br>   2. В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?<br>   3. Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?<br>   4. Что происходит при встрече электрона с дыркой?<br>


		+	''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''

-	~~''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''~~	+	<br> <sub>Материалы [[Физика и астрономия\|по физике]], задание и ответы по классам, планы конспектов уроков [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>
-		+
-	<br> <sub>Материалы [[~~Физика_и_астрономия~~\|по физике]], задание и ответы по классам, планы конспектов уроков [[~~Физика_10_класс~~\|по физике для 10 класса]]</sub>	+

	'''<u>Содержание урока</u>'''		'''<u>Содержание урока</u>'''

User3: Создана новая страница размером '''Гипермаркет знаний>>[[Физика и аст...

2010-08-28T19:59:21Z

Создана новая страница размером '''Гипермаркет знаний>>[[Физика и аст...

Новая страница

'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс|Физика 10 класс]]>>Физика: Электрический ток в полупроводниках '''

<metakeywords>Физика, 10 класс, Электрический ток, в полупроводниках</metakeywords>

''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''

 Материалы [[Физика_и_астрономия|по физике]], задание и ответы по классам, планы конспектов уроков [[Физика_10_класс|по физике для 10 класса]]

'''Содержание урока'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] конспект урока '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] опорный каркас
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] презентация урока
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] акселеративные методы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] интерактивные технологии

'''Практика'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] задачи и упражнения
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] самопроверка
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] практикумы, тренинги, кейсы, квесты
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] домашние задания
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] дискуссионные вопросы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] риторические вопросы от учеников

'''Иллюстрации'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] аудио-, видеоклипы и мультимедиа '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фотографии, картинки
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] графики, таблицы, схемы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] юмор, анекдоты, приколы, комиксы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

'''Дополнения'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] рефераты'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] статьи
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фишки для любознательных
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] шпаргалки
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] учебники основные и дополнительные
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] словарь терминов
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] прочие

Совершенствование учебников и уроков
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] исправление ошибок в учебнике'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обновление фрагмента в учебнике
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] элементы новаторства на уроке
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] замена устаревших знаний новыми

'''Только для учителей'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] идеальные уроки '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] календарный план на год
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] методические рекомендации
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] программы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обсуждения

'''Интегрированные уроки'''

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, [http://xvatit.com/index.php?do=feedback напишите нам].

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - [http://xvatit.com/forum/ Образовательный форум].