Социально-методические вопросы изучения полупроводников в средней школе. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Изучение электронно-дырочного перехода, диодов, лазера, термистора и транзистора. Составление примерного плана-конспекта уроков.
Аннотация к работе
Глава 1. Полупроводники в современном мире 1.1 Социально-методические вопросы изучения полупроводников в СШ 1.2 Примеры полупроводниковых приборов 1.2.1 Общие свойства полупроводников 1.2.2 Электронно-дырочный переход 1.2.3 Полупроводниковые диоды 1.2.4 Полупроводниковый лазер 1.2.5 Термистор 1.2.6 Транзистор и его виды Глава 2. Методика изучения темы 2.1 Электрофизические свойства полупроводников 2.1.1 Общие сведения о полупроводниках 2.1.2 Механизм электропроводности полупроводников 2.1.3 Собственная и примесная проводимость полупроводников 2.1.4 Собственные и примесные полупроводники 2.2 Электрический ток в полупроводниках 2.2.1 Электронно-дырочный переход 2.3 Примерный план-конспект первого урока 2.4 Примерный план-конспект второго урока Заключение Литература Приложение Введение В преамбуле к учебным программам по физике для общеобразовательных школ [1] сказано: Значение учебного предмета Физика определяется той ролью, которую играет физическая наука в жизни современного общества, ее влиянием на темпы развития научно-технического прогресса, развитие культуры человека, формирование социально значимых ориентаций, обеспечивающих гармонизацию отношений человека с окружающим миром. Если принять такую точку зрения, то содержание темы Ток в различных средах представляется не соответствующим положениям о современности и гармонизации с окружающим миром. Если 20 век был веком развития проводниковой электротехники, то его конец и 21 век присовокупят к ней гораздо больший по объему и значению для развития раздел полупроводниковой электротехники и электроники. Вакуум не содержит свободных зарядов и сам по себе не может проводить ток. В этой связи нам представляется, что для гармонизации отношений с внешним миром человеку необходимо иметь представления о наблюдаемых физических явлениях: свечении светодиода, лазера, действии транзисторов. Настоящая работа имеет две взаимосвязанные цели. Первая - отбор материала по тематике ток в полупроводниках и полупроводниковых приборах, который дает сведения о современном использовании физических явлений в полупроводниках. Смиряясь с отсутствием принципа технизма, мы попытаемся сформулировать другой более слабый принцип физического образования, дав ему название: принципа посильно-научного мировосприятия. На первом этапе это были т.н. кристаллические детекторы, представляющие собой полупроводниковые выпрямители, называемые теперь полупроводниковыми диодами. Послевоенный период ознаменовался интенсивными исследованиями полупроводниковых материалов с целью создания полупроводникового триода и в 1948 г. Бардин, Браттейн и Шокли создали первый действующий полупроводниковый триод. В настоящее время можно говорить о новом характере электротехники, которая стала проводниково-полупроводниковой. В бытовом использовании остался единственный электровакуумный прибор - магнетрон в СВЧ печи, которым можно пренебречь. Наиболее употребительные полупроводниковые материалы при комнатной температуре обладают сравнительно малой электропроводностью, которая обусловлена двумя механизмами переноса заряда. Первый механизм состоит в движении по полупроводниковому образцу т.н. свободных электронов и называется электронной электропроводностью. Второй механизм заключается в движении несвободных - валентных электронов, которые при наличии вакансий в валентной зоне могут перескакивать от атома к атому и тем самым двигаться по объему полупроводника. Это название обусловлено тем, что эстафетное движение валентных электронов от атома к атому представляется как встречное движение положительно заряженных частиц, называемых дырками. Этим приемом пользуются для получения в объеме полупроводникового образца граничащих друг с другом областей, с противоположным типом электропроводности - p-n-переход. 1.2.2 Электронно-дырочный переход Рассмотрим некоторые свойства p-n-перехода, схематично показанного на рис.1.1(а). Если бы электроны и дырки не имели электрического заряда, их диффузия продолжалась бы до полного выравнивания концентраций. В результате наступает равновесие, при котором ослабленный полем диффузионный ток компенсируется встречным т.н. дрейфовым током, созданным этим же контактным электрическим полем, которое действует на неосновные носители - свободные электроны в р-области и дырки в n-области. Таким образом, области объемного заряда будут иметь объемные плотности заряда, равные концентрациям примесных атомов, умноженным на элементарный заряд: ?р= -Naq0, ?n=Nдq0. Результирующая разность потенциалов - U0, называемая контактной, выражается следующей формулой: , (1.3) в которой UT=kT/q0 - параметр, называемый температурным потенциалом. В настоящее время рассмотрено несколько путей создания светоизлучающих диодов с управляемым цветом свечения: двухпереходный однокристальный GaP диод; однопереходный двухполосный однокристальный GaP диод; двухкристальный биполярный диод с параллельным соединением кристаллов; двухкристальный диод с независимым включением кристаллов; двухпереходный однокристальный диод, один из р-n-пе