Проект. Пособие по теме Электрический ток в полупроводниках. Электрический ток в полупроводниках Полупроводник
 Скачать 196 Kb.
|
|
Электрический ток в полупроводниках Полупроводник - вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается. - наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений. Механизм проводимости у полупроводников Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик.  Полупроводники чистые (без примесей) Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью? которая невелика. Собственная проводимость бывает двух видов: 1) электронная ( проводимость "n " - типа) При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается. Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля. Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов. 2) дырочная ( проводимость " p" - типа ) При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - "дырка". Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда. Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля. Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением ( фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей   Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов и называется электронно-дырочной проводимостью. Полупроводники при наличии примесей - у них существует собственная + примесная проводимость Наличие примесей сильно увеличивает проводимость. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей эл.тока - электронов и дырок. Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников. Существуют: 1) донорные примеси ( отдающие ) - являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники " n " - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной - дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью.  Например - мышьяк. 2) акцепторные примеси ( принимающие ) - создают "дырки" , забирая в себя электроны. Это полупроводники " p "- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки, а неосновной - электроны. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью.  Например - индий. Электрические свойства "p-n" перехода "p-n" переход (или электронно-дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.  Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя. При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля электрический ток проходит через границу двух полупроводников. Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются. Пропускной режим р-n перехода:  При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается. Запирающий режим р-n перехода:  Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.Полупроводниковые диоды Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом. При наложении электрического поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном - сопротивление мало.  Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока. Полупроводниковые транзисторы - также используются свойства" р-n "переходов,  - транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов. Тест по теме Электрический ток в полупроводниках Вариант 1 1.Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах? А. Электронами и положительными ионами. Б. Положительными и отрицательными ионами. В. Электронами и дырками. Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами. Д. Только электронами. 2.Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через электролит? А. e≈1,6·10 -19Кл. Б. 2e≈3,2·10 -19 Кл. В. Любой сколь угодно малый. Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока. Д. 1 Кл. 3. Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов? А. Электронами и положительными ионами. Б. Положительными и отрицательными ионами. В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами. Г. Только электронами. Д. Электронами и дырками. 4.Какие действия эл. тока всегда сопровождают его прохождение через любые среды? А. Тепловое. Б. Химическое. В. Магнитное. Г. Тепловое и магнитное. Д. Тепловое, химическое и магнитное. 5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен эмиттер? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного. 6. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей? А. В основном электронной. Б. В основном дырочной. В. В равной мере электронной и дырочной. Г. Ионной. Д. Не проводят электрический ток. 7. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями? А. В основном электронной. Б. В основном дырочной. В. В равной мере электронной и дырочной. Г. Ионной. Д. Такие материалы не проводят электрический ток. 8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков отражает зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. 9. При прохождении через какие среды электрического тока происходит перенос вещества? А. Через металлы и полупроводники. Б. Через полупроводники и растворы электролитов. В. Через растворы электролитов и металлы. Г.Через газы и полупроводники. Д. Через растворы электролитов и газы. 10. В одном случае в германий добавили пятивалентный фосфор, в другом – трехвалентный галлий. Каким типом проводимости в основном обладал полупроводник в каждом случае? А. В первом дырочной, во втором электронной. Б. В первом электронной, во втором дырочной. В. В обоих случаях электронной. Г. В обоих случаях дырочной. Д. В обоих случаях электронно-дырочной. 11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока увеличится в 2 раза, а время его прохождения уменьшится в 2 раза? А. Увеличится в 2 раза. Б. Увеличится в 4 раза. В. Не изменится. Г. Уменьшится в 2 раза. Д. Уменьшится в 4 раза. 12. В процессе электролиза "+" ионы перенесли на катод за 2с "+" заряд 4Кл, "- " ионы перенесли на анод такой же по модулю "- " заряд. Какова сила тока в цепи? А. 0. Б. 2А. В. 4А. Г. 8А. Д. 16А. 13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного. 14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения? А. Для обоих исследований следует выбрать схему 1. Б. Для обоих исследований следует выбрать схему 2. В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2. Г. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.  3 4       2  1 Рис. 1       ρ ρ ρ ρ            0 t 0 T 0 T 0 t1 2 3 4 Рис. 2 I I I I    0 U 0 U 0 U 0 U1 2 3 4 Рис. 3                                     + +        -   1 2 Рис. 4 Вариант 2 1.Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в полупроводниках? А. Электронами и положительными ионами. Б. Положительными и отрицательными ионами. В. Электронами и дырками. Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами. Д. Только электронами. 2.Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через металл? А. e≈1,6·10 -19Кл. Б. 2e≈3,2·10 -19 Кл. В. Любой сколь угодно малый. Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока. Д. 1 Кл. 3. Какими носителями эл. заряда создается электрический ток при электрическом разряде в газах? А. Электронами и положительными ионами. Б. Положительными и отрицательными ионами. В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами. Г. Только электронами. Д. Электронами и дырками. 4.Какие действия эл. тока наблюдаются при пропускании его через раствор электролита? А. Тепловое, химическое и магнитное действия. Б. Химическое и магнитное действия. В. Тепловое и магнитное действия. Г. Тепловое и химическое действия. Д. Только магнитное действие.. 5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен коллектор? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного. 6. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей? А. Не проводят электрический ток. Б. Ионной. В. В равной мере электронной и дырочной. Г. В основном дырочной. Д. В основном электронной. 7. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с акцепторными примесями? А. В основном электронной. Б. В основном дырочной. В. В равной мере электронной и дырочной. Г. Ионной. Д. Такие материалы не проводят электрический ток. 8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков соответствует зависимости удельного сопротивления ртути от температуры (при температурах, близких к абсолютному нулю)? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного. 9. В каких средах при прохождении через них электрического тока переноса вещества не происходит? А. В металлах и полупроводниках. Б. В полупроводниках и растворах электролитов. В. В растворах электролитов и металлах. Г. В газах и полупроводниках. Д. В растворах электролитов и газах. 10. В одном случае в образец германия добавили трехвалентный индий, в другом –пятивалентный бор. Какой тип проводимости преобладает в каждом случае? А. В первом дырочной, во втором электронной. Б. В первом электронной, во втором дырочной. В. В обоих случаях электронной. Г. В обоих случаях дырочной. Д. В обоих случаях электронно-дырочной. 11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока уменьшится в 2 раза, а время его прохождения возрастет в 2 раза? А. Увеличится в 2 раза. Б. Увеличится в 4 раза. В. Не изменится. Г. Уменьшится в 2 раза. Д. Уменьшится в 4 раза. 12. В процессе электролиза "+" ионы перенесли на катод за 2с "+" заряд 4Кл, "- " ионы перенесли на анод такой же по модулю "- " заряд. Какова сила тока в цепи? А. 16А. Б. 8А. В. 4А. Г. 2А. Д. 0. 13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в обратном направлении? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного. 14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения? А. Ни один из приведенных ниже ответов не является правильным. Б. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1 . В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2. Г. Для обоих случаев следует выбрать схему 2. Д. Для обоих случаев следует выбрать схему 1. 3 4 2 1 Рис. 1 ρ ρ ρ ρ 0 t 0 T 0 T 0 t1 2 3 4 Рис. 2  I I I I  0 U 0 U 0 U 0 U1 2 3 4 Рис. 3 + + - 1 2 Рис. 4 |