Elektrische stroom door contact van halfgeleiders met verschillende soorten geleidbaarheid. Transistoren

Over het algemeen wordt de mate van asymmetrie van de p-n-overgang gekenmerkt door een parameter genaamd injectie verhouding . De injectiecoëfficiënt is gelijk aan de verhouding van de grotere stroomcomponent tot de totale stroom. In geval dat n n >>p p de injectiecoëfficiënt is gelijk aan

Laten we vervolgens de stroom-spanningskarakteristiek van een dikke junctie bekijken met behulp van het voorbeeld van een zogenaamde p-i-n-diode. De structuur van zo'n diode bestaat uit twee n- en p-type lagen, gescheiden door een laag met hoge weerstand en intrinsieke geleidbaarheid met een dikte van D. In zo'n diode is het niet langer mogelijk om de processen van generatie en recombinatie binnen de pn-overgang te verwaarlozen. In het geval dat het externe potentiaalverschil wordt ingeschakeld in de afsluitrichting, worden ladingsdragers gegenereerd in de tussenliggende i-laag met een snelheid ni/τi. Wanneer de spanning in voorwaartse richting wordt ingeschakeld, vindt in deze laag recombinatie van geïnjecteerde dragers plaats en is de stroomdichtheid geassocieerd met het genereren en recombinatie van dragers in de tussenlaag met dikte d gelijk aan

waarbij τ i de levensduur is van intrinsieke dragers;

n i – intrinsieke concentratie van dragers.

Totale stroom die er doorheen vloeit p-i-n-overgang, kan worden beschouwd als de som van de berekende stroom zonder rekening te houden met opwekking en recombinatie binnen de junctie en de generatie-recombinatiecomponent:

De resulterende formule is niet alleen geldig in het geval van een duidelijk gedefinieerde i-laag, maar ook bij een soepele verandering in de concentratie van onzuiverheden in de regio regulier р-n overgang. In dit geval de rol van de parameter D de totale breedte speelt een rol p-p- overgang. Uit formule (4.24) volgt een voorwaarde om te bepalen of een gegeven p – n-overgang tot de categorie dun of dik behoort: als de derde term in haakjes aanzienlijk kleiner is dan de som van de eerste twee, dan kan de overgang als subtiel worden beschouwd. Anders geval р-n de overgang moet als dik worden beschouwd.

Afbreken p-n overgang. Met een toename van de sperspanning op de pn-overgang, wanneer een bepaalde spanningswaarde U van de monsters wordt bereikt, begint een scherpe toename van de stroom door de diode, wat tot doorslag leidt. Gemiddelde elektrische veldsterkte in het volumegebied opladen р-n overgang kan worden geschreven als

E=V/d= (q/2εε 0) 1/2 (UN D) 1/2 (4.25)

Omdat de afbraak begint wanneer een bepaalde (voor elke specifieke omstandigheden) waarde van de elektrische veldsterkte E wordt bereikt, des te meer D(minder ND), hoe hoger de monsterspanning U, de doorslag begint. Het is duidelijk dat de grootste U-monsters dat wel hebben p-i-n-overgang, omdat N D in de basis is het kleinst, en de breedte van het ruimteladingsgebied D beste.

Heterojuncties. In tegenstelling tot een pn-overgang gevormd door een verandering in de concentratie van onzuiverheden in één halfgeleidermateriaal (homojunctie), Een heterojunctie is een knooppunt gevormd door halfgeleiders van verschillende fysisch-chemische aard. Voorbeelden van heterojuncties kunnen germanium - silicium, germanium - galliumarsenide, galliumarsenide - galliumfosforovergangen zijn, enz. Om heterojuncties te verkrijgen met een minimaal aantal defecten op het grensvlak van het kristalrooster de ene halfgeleider moet met minimale verstoring in het kristalrooster van de andere overgaan. In dit opzicht moeten de halfgeleiders die worden gebruikt om een ​​heterojunctie te creëren vergelijkbare roosterconstanten en identieke kristalstructuren hebben. Momenteel worden heterojuncties gevormd door halfgeleiders met verschillende breedtes bandafstand, en niet alleen heterojuncties tussen p- en n-type halfgeleiders, maar ook heterojuncties tussen halfgeleiders met één type geleidbaarheid: n-n of p-p hebben interessante eigenschappen voor halfgeleiderapparaten.

Laten we het energiediagram bekijken van een heterojunctie tussen een n-type halfgeleider met een grote bandafstand en een p-type halfgeleider met een smalle bandafstand (Fig. 4.4). De energie van een elektron dat zich in een vacuüm bevindt, wordt als referentiepunt (0) genomen. Grootte χ in dit geval de werkelijke werkfunctie van het elektron. van halfgeleider tot vacuüm. De thermodynamische werkfunctie is aangewezen A.

Wanneer er contact wordt gemaakt tussen twee halfgeleiders, worden de Fermi-niveaus gelijk. Verschillen tussen heterojunctie en energie p-n-diagrammen overgangen bestaan ​​uit de aanwezigheid van discontinuïteiten in de geleidingsband (Δ E C) en in de valentieband (Δ EV). In het gebied. geleidbaarheid wordt de grootte van de kloof bepaald door het verschil in de werkelijke werkfuncties van elektronen uit p- en n-halfgeleiders:

ΔE C = χ 2 – χ 1 (4,26)

en in de valentieband is er bovendien ook ongelijkheid in energiewaarden E V.

Daarom zullen de potentiële barrières voor elektronen en gaten anders zijn: de potentiële barrière voor elektronen in de geleidingsband is kleiner dan voor gaten in de valentieband. Wanneer een spanning in de voorwaartse richting wordt aangelegd, zal de potentiële barrière voor elektronen afnemen en voor elektronen verdwijnen N-halfgeleider wordt geïnjecteerd R-halfgeleider. Mogelijke barrière voor gaten erin R-de oppervlakte zal ook kleiner worden, maar blijft nog steeds groot genoeg voor het injecteren van gaten R-regio's binnen N-het gebied bestond vrijwel niet. In dit geval kan de injectiecoëfficiënt (γ) gelijk zijn aan één.

Rijst. 4.4. Energiediagram van twee halfgeleiders R- en n-type met verschillende bandafstanden (a) en р-n heterojunctie (b)

Voor prestatie beste parameters apparaat, moet deze waarde maximaal zijn. In een homojunctie wordt dit bereikt door sterkere dotering van het n-gebied met onzuiverheden ten opzichte van het p-gebied. Dit pad kan echter niet eindeloos worden gevolgd, omdat er enerzijds een grens is aan de oplosbaarheid van de onzuiverheid in de halfgeleider en anderzijds, wanneer de halfgeleider zwaar gedoteerd is, er veel verschillende defecten in worden geïntroduceerd. gelijktijdig met de onzuiverheid, die de parameters van de pn-overgang verslechtert. In deze richting is het gebruik van een heterojunctie veelbelovend.

Als een heterojunctie wordt gevormd door halfgeleiders met een gelijke hoeveelheid onzuiverheden (pp=p P ) en voor de eenvoud nemen we aan dat de effectieve massa's en andere parameters van ladingsdragers gelijk zijn, dan kunnen we schrijven

I p /I n =exp[-(E gn –E g P )/kT](4.27)

Bij gebruik van bijvoorbeeld n-silicium en p-germanium Egn –Egp =0,4 eV. Omdat kT/q=0,025 B, dan 1 r / 1 p = e - 16 , wat praktisch gelijk is aan nul, dat wil zeggen dat de stroom door de heterojunctie alleen bestaat uit geïnjecteerde elektronen N- gebied binnen R-regio. In een homojunctie onder dezelfde omstandigheden ik r/ik n=:1, d.w.z. de stromen van elektronen en gaten zijn gelijk.

De heterojunctie maakt dus een bijna eenzijdige injectie van ladingsdragers mogelijk. Het is belangrijk op te merken dat eenzijdige injectie behouden blijft, zelfs als de stroom door de heterojunctie toeneemt, terwijl deze bij de homojunctie verstoord is.

26.01.2015

Les nr. 37 (9e leerjaar)

Onderwerp: Thermistoren

Elektrische stroom door het contact van p- en n-type halfgeleiders

( pn-kruising)

Van bijzonder belang in de technologie is het in contact brengen van halfgeleiders met verschillende geleidbaarheid. Wat gebeurt er met dergelijk contact? Als gevolg van ladingsdiffusie zullen elektronen in de p-halfgeleider beginnen te dringen, en gaten in de n-halfgeleider. Als gevolg hiervan wordt op de grens een zogenaamde blokkeerlaag gevormd, die met zijn elektrisch veld verdere ladingsuitwisseling verhindert (Fig. 6).

Rijst. 1. Blokkeerlaag op p-n-overgang

Om de stroom-spanningskarakteristiek van de np-overgang te construeren, hebben we verzameld volgende diagram(zie figuur 2), waardoor u zowel de polariteit als de spanning op de pn-overgang kunt wijzigen.

Fig. 2. Het circuit voor het verkrijgen van de karakteristieken en de volt-ampère zelf p-n karakteristiek overeenkomstig overgaan.

Figuur 16.10 toont een halfgeleidercircuit, rechter deel dat donoronzuiverheden bevat en daarom een ​​halfgeleider is N-type, en de linker is acceptoronzuiverheden en vertegenwoordigt een halfgeleider R-type; tussen hen - overgangszone- zone zonder ladingen. Daarin vindt recombinatie van elektronen en gaten plaats. Elektronen worden weergegeven als blauwe cirkels, gaten als grijze cirkels. Het contact tussen twee halfgeleiders wordt genoemd р-n- of n-r-overgang.

Wanneer een contact wordt gevormd, worden elektronen gedeeltelijk overgedragen van de halfgeleider N-type halfgeleider R-type, en de gaten bevinden zich in de tegenovergestelde richting. Het resultaat is de halfgeleider N-type is positief geladen, en R-type - negatief. De diffusie stopt nadat het elektrische veld dat in de overgangszone ontstaat, verdere beweging van elektronen en gaten begint te voorkomen.
Laten we de halfgeleider inschakelen р-n-overgang naar een elektrisch circuit ( Afb.16.11). Laten we eerst de batterij aansluiten, zodat het potentieel van de halfgeleider wordt bereikt R-was nogal positief, maar N-type - negatief. In dit geval de stroom door р-n- de transitie wordt gecreëerd door de hoofdvervoerders: vanuit het gebied N naar de regio R- elektronen, en uit de regio R naar de regio N- gaten ( Afb.16.12).

Hierdoor is de geleidbaarheid van het gehele monster hoog en de weerstand laag.
De hier beschouwde transitie wordt genoemd direct. De afhankelijkheid van de stroom van het potentiaalverschil – de stroom-spanningskarakteristiek van de directe junctie – wordt in figuur 16.13 met een ononderbroken lijn weergegeven.

Laten we nu de polariteit van de batterijaansluiting veranderen. Dan zal bij hetzelfde potentiaalverschil de stroomsterkte in het circuit aanzienlijk minder zijn dan bij een directe overgang. Dit komt door het volgende. Elektronen gaan nu door het contact uit de regio R naar de regio N, en de gaten komen uit de regio N naar de regio R. Maar dan in een halfgeleider R-type zijn er weinig vrije elektronen, en in een halfgeleider N-zoals een paar gaten. Nu wordt de overgang via het contact uitgevoerd door minderheidsdragers, waarvan het aantal klein is ( Afb. 16.14). Als gevolg hiervan blijkt de geleidbaarheid van het monster onbeduidend en is de weerstand groot. Er wordt een zogenaamde barrièrelaag gevormd. Deze transitie heet achteruit. De stroom-spanningskarakteristiek van de omgekeerde overgang wordt weergegeven in figuur 16.13 met een stippellijn.

Dus, р-n- de junctie kan worden gebruikt om elektrische stroom gelijk te richten. Dit apparaat wordt een halfgeleiderdiode genoemd.
Halfgeleiderdiodes zijn gemaakt van germanium, silicium, selenium en andere stoffen.
Laten we eens kijken hoe ze creëren р-n-overgang met behulp van geleidend germanium N-type, met een kleine toevoeging van donoronzuiverheid. Deze overgang kan niet worden verkregen door twee halfgeleiders met verschillende geleidbaarheid mechanisch met elkaar te verbinden, omdat hierdoor een te grote opening tussen de halfgeleiders ontstaat. Dikte р-n-de overgang mag niet groter zijn dan de interatomaire afstanden, zodat indium in een van de oppervlakken van het monster wordt gesmolten. Om een ​​halfgeleiderdiode te maken, een gedoteerde halfgeleider R-type, dat indiumatomen bevat, wordt tot een hoge temperatuur verwarmd. Onzuiverheidsparen N-type (bijvoorbeeld arseen) wordt afgezet op het oppervlak van het kristal. Door diffusie worden ze in het kristal geïntroduceerd, en op het oppervlak van het kristal met geleidbaarheid R-typ een gebied met elektronische soort geleidbaarheid ( Afb. 16.15).

Voorkomen schadelijke gevolgen lucht en licht, het germaniumkristal wordt in een afgesloten metalen behuizing geplaatst.

Een schematische weergave van de diode wordt getoond in figuur 16.16. Halfgeleidergelijkrichters zijn zeer betrouwbaar en hebben een lange levensduur. Ze kunnen echter slechts binnen een beperkt temperatuurbereik werken (van -70 tot 125°C).

p-n- de overgang blijkt asymmetrisch te zijn ten opzichte van de stroom: in voorwaartse richting is de weerstand van de overgang veel minder dan in omgekeerde richting.
Eigenschappen р-n-overgangen worden gebruikt om wisselstroom gelijk te richten. Gedurende de helft van de periode van verandering van stroom door de junctie, wanneer het potentieel van de halfgeleider R- type positief, stroom vloeit vrij door р-n-overgang. In de volgende helft van de periode is de stroom vrijwel nul.

2. Halfgeleiderapparaten

Kleine afmetingen en zeer hoge kwaliteit van de verzonden signalen halfgeleider apparaten heel gebruikelijk in de moderne elektronische technologie. De samenstelling van dergelijke apparaten kan niet alleen het bovengenoemde silicium met onzuiverheden omvatten, maar ook bijvoorbeeld germanium. Eén zo'n apparaat is een diode: een apparaat dat stroom in de ene richting kan doorlaten en kan voorkomen dat deze in de andere richting stroomt. Het wordt verkregen door een halfgeleider van een ander type in een p- of n-type halfgeleiderkristal te implanteren (Fig. 11).

Rijst. 3. Aanduiding van de diode in respectievelijk het diagram en het diagram van zijn apparaat

Nog een apparaat, nu met twee p-n-verbindingen en heet een transistor. Het dient niet alleen om de richting van de huidige transmissie te selecteren, maar ook om deze te transformeren.

Opgemerkt moet worden dat moderne microschakelingen veel combinaties van diodes, transistors en andere elektrische apparaten gebruiken.

Rijst. 12. Diagram van respectievelijk de structuur van de transistor en de aanduiding ervan op het elektrische schema

Een transistor is een ingenieus apparaat. Het is niet eenvoudig om de werkingsprincipes van een transistor te begrijpen, maar ze zijn erin geslaagd het uit te vinden! We hopen dat je begrijpt hoe het werkt, zelfs als dat zo is korte beschrijving.
Laten we eens kijken naar een van de typen transistors gemaakt van germanium of silicium waarin donor- en acceptoronzuiverheden zijn geïntroduceerd. De verdeling van de onzuiverheden is zodanig dat er een zeer dunne (circa enkele micrometers dikke) halfgeleiderlaag ontstaat N-type tussen twee lagen halfgeleider R-type ( Afb.16.17). Deze dunne laag wordt genoemd basis, of baseren.

Er worden er twee gevormd in het kristal р-n-overgangen waarvan de directe richtingen tegengesteld zijn. Met drie aansluitingen uit gebieden met verschillende soorten geleidbaarheid kunt u een transistor opnemen in het circuit dat wordt weergegeven in figuur 16.17. In dit diagram links р-n-overgang is direct en scheidt de basis van het gebied met geleidbaarheid R-type gebeld emitter. Als er geen gelijk was р-n-overgang, in het emitter-basiscircuit zou er een stroom zijn die afhankelijk is van de spanning van de bronnen (batterij B1 en de wisselspanningsbron) en de weerstand van het circuit, inclusief de lage weerstand van de directe emitter-basisovergang.
Batterij B2 is ingeschakeld, zodat de rechter р-n-overgang in het circuit (zie Fig. 16.17) is achteruit. Het scheidt de basis van het rechtergebied met geleidbaarheid R-type genaamd verzamelaar. Als er geen linker pn-overgang zou zijn, zou de stroom in het collectorcircuit bijna nul zijn, aangezien de weerstand van de omgekeerde junctie erg hoog is. Als er links een stroming is р-n-overgang, er verschijnt ook een stroom in het collectorcircuit en de stroomsterkte in de collector is slechts iets minder dan de stroomsterkte in de emitter.
Dit wordt als volgt uitgelegd. Wanneer er een spanning ontstaat tussen de emitter en de basis, zijn de meeste dragers van de halfgeleider R-type (gaten) dringen door in de basis waar ze al zijn niet-grote media. Omdat de dikte van de basis erg klein is en het aantal meerderheidsdragers (elektronen) erin klein is, combineren de gaten die erin terechtkomen bijna niet (recombineren ze niet) met de elektronen van de basis en dringen ze door in de collector. aan diffusie. De rechter pn-overgang is gesloten voor de belangrijkste ladingsdragers van de basis: elektronen, maar niet voor gaten. In de collector worden gaten meegesleept door het elektrische veld en maken het circuit compleet. De sterkte van de stroom die vanaf de basis naar het emittercircuit vertakt is erg klein, omdat het dwarsdoorsnedeoppervlak van de basis in het horizontale vlak (zie Fig. 16.17) veel kleiner is dan de dwarsdoorsnede in het verticale vlak .
De collectorstroom, die vrijwel gelijk is aan de emitterstroom, varieert met de stroom door de emitter. Weerstand weerstand R heeft weinig effect op de collectorstroom, en deze weerstand kan behoorlijk groot worden gemaakt. Door de emitterstroom te regelen met behulp van een wisselspanningsbron die op het circuit is aangesloten, verkrijgen we een synchrone verandering in de spanning over de weerstand R.
Bij hoge weerstand weerstand, kan de verandering in spanning erover tienduizenden keren groter zijn dan de verandering in signaalspanning in het emittercircuit. Dit betekent verhoogde spanning. Onder belasting dus R Het is mogelijk om elektrische signalen te verkrijgen waarvan het vermogen vele malen groter is dan het vermogen dat het emittercircuit binnenkomt.
Toepassing van transistoren. Moderne elektronica is gebaseerd op microschakelingen en microprocessors, waaronder een enorm aantal transistors. Computers, bestaande uit chips en microprocessors, hebben de wereld om ons heen daadwerkelijk veranderd. Momenteel is er geen enkel gebied van menselijke activiteit waar computers niet als actieve menselijke assistenten dienen. Bijvoorbeeld in ruimteonderzoek of hightech industrieën microprocessors bedienen, waarvan het organisatieniveau overeenkomt kunstmatige intelligentie.
Transistoren (Fig. 16.18, 16.19) zijn extreem wijdverspreid geworden in de moderne tijd moderne technologie. Ze vervangen vacuümbuizen erin elektrische circuits wetenschappelijke, industriële en huishoudelijke apparatuur. Draagbare radio's die dergelijke apparaten gebruiken, worden gewoonlijk transistors genoemd. Het voordeel van transistors (evenals halfgeleiderdiodes) ten opzichte van elektronenbuizen is in de eerste plaats de afwezigheid van een verwarmde kathode, die aanzienlijk stroom verbruikt en tijd nodig heeft om op te warmen. Bovendien zijn deze apparaten tientallen en honderden keren kleiner qua formaat en gewicht dan vacuümbuizen. Ze werken op lagere spanningen.

De meest interessante verschijnselen doen zich voor wanneer n- en p-type halfgeleiders met elkaar in contact komen. Deze verschijnselen worden in de meeste halfgeleiderapparaten gebruikt. Daarin vindt recombinatie van elektronen en gaten plaats. Wanneer een contact wordt gevormd, bewegen elektronen gedeeltelijk van een n-type halfgeleider naar een p-type halfgeleider, en bewegen gaten in de tegenovergestelde richting. Als gevolg hiervan wordt de n-type halfgeleider positief geladen en het p-type negatief. De diffusie stopt nadat het elektrische veld dat in de overgangszone ontstaat, verdere beweging van elektronen en gaten begint te voorkomen.

Halfgeleiderdiodes

De basis van een halfgeleiderdiode is de pn-overgang, die de eigenschappen, karakteristieken en parameters ervan bepaalt. Afhankelijk van hun doel zijn halfgeleiderdiodes onderverdeeld in gelijkrichtdiodes, pulsdiodes, hoogfrequente en ultrahoge frequentiediodes, zenerdiodes, drielaagse schakeldiodes, tunneldiodes, varicaps, foto- en LED's. Afhankelijk van het bronhalfgeleidermateriaal worden diodes verdeeld in germanium en silicium. Germaniumdiodes werken bij temperaturen niet hoger dan +80 °C, en siliciumdiodes tot +140 °C. Op basis van hun ontwerp en technologische kenmerken worden diodes onderverdeeld in vlakke en puntdiodes. De meest voorkomende zijn vlakke legeringsdiodes, waarvan het gebruik alleen bij hoge frequenties moeilijk is. Het voordeel van puntdiodes is de lage capaciteit van de pn-overgang, waardoor ze op hoge ultrahoge frequenties kunnen werken. Hoogfrequente diodes zijn apparaten universeel doel. Ze kunnen werken in AC-gelijkrichters over een breed frequentiebereik, maar ook in modulators, detectoren en andere niet-lineaire elektrische signaalomzetters. Hoogfrequente diodes bevatten meestal een punt-pn-overgang en worden daarom puntdiodes genoemd. Schakeldiodes zijn een soort hoogfrequente diodes en zijn ontworpen voor gebruik als sleutelelementen in hogesnelheidstoepassingen. puls circuits. Zenerdiodes zijn vlakke siliciumdiodes die zijn ontworpen om het gelijkspanningsniveau in een circuit te stabiliseren wanneer de stroom door de diode binnen bepaalde grenzen varieert. Een varicap is een speciaal ontworpen halfgeleiderdiode die als variabele condensator wordt gebruikt. Een fotodiode is een halfgeleider foto-elektrisch apparaat met een intern foto-elektrisch effect dat het proces weerspiegelt van het omzetten van lichtenergie in elektrische energie. LED's (elektroluminescente diodes) zetten elektrische veldenergie om in niet-thermische optische straling die elektroluminescentie wordt genoemd. Een tunneldiode is een halfgeleiderdiode die gebruik maakt van het fenomeen tunneldoorslag wanneer deze in voorwaartse richting wordt ingeschakeld.

KERNKETENREACTIE.

Het is een proces waarbij één uitgevoerde reactie daaropvolgende reacties van hetzelfde type veroorzaakt. Tijdens de splijting van één uraniumkern kunnen de resulterende neutronen de splijting van andere uraniumkernen veroorzaken, en het aantal neutronen neemt toe als een lawine.
De kettingreactie gaat gepaard met het vrijkomen grote hoeveelheid energie. Om een ​​kettingreactie uit te voeren is het onmogelijk om kernen te gebruiken die splijten onder invloed van neutronen. Het chemische element uranium, gebruikt als brandstof voor kernreactoren, bestaat uiteraard uit twee isotopen: uranium-235 en uranium-238.
In de natuur vormen uranium-235-isotopen slechts 0,7% van de totale uraniumvoorraad, maar zij zijn wel geschikt voor het uitvoeren van een kettingreactie, omdat splijting onder invloed van langzame neutronen. De eerste gecontroleerde kettingreactie - VS in 1942 (E. Fermi)
In de USSR - 1946 (I.V. Kurchatov).

KERNREACTOR - Dit is een apparaat in een kerncentrale voor het produceren van atoomenergie.
Doel van een kernreactor: het omzetten van de interne energie van een atoomkern in elektrische energie.
In een kernreactor vindt een gecontroleerde kettingreactie van kernsplijting plaats. Alle kerncentrales zijn uitgerust met kernreactoren ( kerncentrales).
Reactorwerking:

De reactor werkt op langzame neutronen. De reactorkern bevat splijtstof - uraniumstaven en een moderator - water. Het water rond de uraniumstaven is niet alleen een neutronenmoderator, maar dient ook om warmte af te voeren De interne energie van de vliegende fragmenten verandert in de interne energie van de omgeving: water. De kern is omgeven door een reflector om neutronen terug te sturen beschermende laag concreet.
Het bereiken van de kritische massa van de brandstof wordt bereikt door het inbrengen van regelstaven (totdat de massa uranium = kritische massa is bereikt).
De actieve zone is via leidingen in een ring verbonden (1e circuit).
Water wordt door een pomp door de leidingen van het circuit gepompt en geeft zijn energie af aan de spoel in de warmtewisselaar, waardoor het water in de spoel (in het 2e circuit) wordt verwarmd.
Het water in de spoel verandert in stoom, waarvan de temperatuur 540 graden kan bereiken.
De stoom laat de turbine draaien, de energie van de stoom wordt omgezet in mechanische energie.
De turbine-as roteert de rotor van de elektrische generator, waardoor mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie.
De uitlaatgassen (gekoelde) stoom komen de condensor binnen, waar het in water verandert en terugkeert naar het eerste circuit dat in Obninsk (USSR) werd gebouwd.
Voordelen van kerncentrales: kernreactoren verbruiken geen zuurstof en organische brandstof. Ze vervuilen het milieu niet met as en organische brandstofproducten die schadelijk zijn voor de mens. De biosfeer wordt tijdens de normale werking van kerncentrales op betrouwbare wijze beschermd tegen radioactieve effecten.
Nadelen van kerncentrales: de noodzaak om radioactief afval te verwijderen en oude reactoren te ontmantelen. Gevaar voor radioactieve besmetting van het gebied tijdens noodlozingen. Het gevaar van milieurampen (1986 - Kerncentrale van Tsjernobyl).

Kaartje 19

1.TRANSISTOR, een halfgeleiderapparaat dat is ontworpen om elektrische stroom te versterken en te regelen. Transistors worden geproduceerd in de vorm van discrete componenten in individuele pakketten of in de vorm van zogenaamde actieve elementen. geïntegreerde schakelingen, waarvan de afmetingen niet groter zijn dan 0,025 mm. Vanwege het feit dat transistors heel gemakkelijk aan te passen zijn verschillende omstandigheden toepassingen hebben ze de vacuümbuizen bijna volledig vervangen. Een van de eerste industriële toepassingen van de transistor werd gevonden in telefoonschakelstations. De eerste consumptiegoederen waarin transistors werden gebruikt, waren gehoorapparaten, die in 1952 op de markt kwamen. Tegenwoordig zijn transistors en multi-transistors geïntegreerde schakelingen gebruikt in alles, van radio's tot grond- en luchtbewakingssystemen in raketstrijdkrachten. De lijst met toepassingen voor transistors is vrijwel eindeloos en blijft groeien. In 1954 werden iets meer dan 1 miljoen transistors geproduceerd. Nu is dit cijfer onmogelijk om zelfs maar aan te geven. Aanvankelijk waren transistors erg duur. Tegenwoordig kunnen transvoor een paar cent worden gekocht.

Een thermistor is een halfgeleiderweerstand waarvan de elektrische weerstand aanzienlijk afhankelijk is van de temperatuur. De thermistor wordt gekenmerkt door een grote temperatuurweerstandscoëfficiënt (TCR) (tientallen keren hoger dan deze coëfficiënt voor metalen), de eenvoud van het apparaat en de mogelijkheid om in verschillende omstandigheden te werken klimaat omstandigheden onder aanzienlijke mechanische belastingen, stabiliteit van de kenmerken in de loop van de tijd. De thermistor is in 1930 uitgevonden door Samuel Ruben en heeft een patent.

FOTOWEERSTAND

Een halfgeleiderweerstand die zijn elektriciteit verandert. weerstand onder invloed van buitenaf el.-magn. straling. Ze behoren tot foto-elektrische stralingsontvangers, hun werkingsprincipe is gebaseerd op intern. foto-elektrisch effect in halfgeleiders. Om de functie en mogelijkheden van F. uit te breiden, worden ze aangevuld met filters, lenzen, rasters en presets. versterkers, thermostaten, verlichting, koelsystemen, enz. Basisparameters van een fotoweerstand: donkerweerstand (10 1 -10 14 Ohm); spectraal gevoeligheidsbereik (0,5-120 µm); tijdconstante (10 -2 - 10 -9 s); spanningsgevoeligheid (10 3 -10 6 V/W); detectievermogen (10 8 -10 16 cm Hz 1/2 W -1); temperatuurcoëfficiënt gevoeligheid (0,1-5%/K); werkspanning(0,1 -100 V).

Thermonucleaire reacties

In 1939 gaf de beroemde Amerikaanse natuurkundige Bethe een kwantitatieve theorie van nucleaire bronnen van stellaire energie. Zoals je weet, bestaan ​​sterren meestal uit waterstof (hoewel er uitzonderingen zijn), dus de kans op een botsing tussen twee protonen is erg groot. Wanneer een proton botst met een ander proton, kan het door kernkrachten naar de kern worden aangetrokken. Kernkrachten werken over afstanden in de orde van grootte van de kern zelf (dat wil zeggen 10 m). Om de kern op zo'n korte afstand te kunnen benaderen, moet het proton een zeer aanzienlijke elektrostatische afstotingskracht overwinnen. De kern is immers ook positief geladen.

Kaartje 20

ELEKTRISCHE STROOM IN VACUÜM

e-mail maken stroom in een vacuüm is mogelijk als je een bron van geladen deeltjes gebruikt.
De werking van een bron van geladen deeltjes kan gebaseerd zijn op het fenomeen thermionische emissie: dit is de emissie van elektronen door vaste of vloeibare lichamen wanneer ze worden verwarmd tot temperaturen die overeenkomen met de zichtbare gloed van een heet metaal.
Vacuümdiode

Een vacuümdiode is een twee-elektrode (A - anode en K - kathode) elektrische lamp.
Er ontstaat een zeer lage druk in de glazen container.
H - gloeidraad geplaatst in de kathode om deze te verwarmen. Het oppervlak van de verwarmde kathode zendt elektronen uit. Als de anode is aangesloten op + van de stroombron, en de kathode op -, vloeit er een constante thermionische stroom in het circuit. De vacuümdiode heeft eenrichtingsgeleiding. Die. stroom in de anode is mogelijk als de anodepotentiaal hoger is dan de kathodepotentiaal. In dit geval elektronen uit elektronische wolk worden aangetrokken door de anode, waardoor elektrische stroom ontstaat in een vacuüm.

Toepassing van atoomenergie.

Toepassing van kernenergie in moderne wereld blijkt zo belangrijk dat als we morgen wakker zouden worden en de energie van een kernreactie was verdwenen, de wereld zoals wij die kennen waarschijnlijk zou ophouden te bestaan. Het gebruik van kernenergie levert veel problemen op. In wezen houden al deze problemen verband met het feit dat iemand, wanneer hij de bindende energie van de atoomkern in zijn eigen voordeel gebruikt, aanzienlijk kwaad ontvangt in de vorm van hoogradioactief afval dat niet zomaar kan worden weggegooid. Afval van nucleaire bronnen energie moet onder veilige omstandigheden voor een lange tijd worden verwerkt, getransporteerd, begraven en opgeslagen.

Voor- en nadelen, voordelen en nadelen van het gebruik van kernenergie

Laten we eens kijken naar de voor- en nadelen van het gebruik van atoomkernenergie, hun voordelen, schade en betekenis in het leven van de mensheid. Het is duidelijk dat kernenergie vandaag de dag alleen nodig is voor de geïndustrialiseerde landen. Dat wil zeggen dat vreedzame kernenergie voornamelijk wordt gebruikt in faciliteiten zoals fabrieken, verwerkingsfabrieken, enz. Het zijn energie-intensieve industrieën die ver verwijderd zijn van bronnen van goedkope elektriciteit (zoals waterkrachtcentrales) die kerncentrales gebruiken om hun interne processen te waarborgen en te ontwikkelen.

Agrarische regio's en steden hebben niet veel behoefte aan kernenergie. Het is heel goed mogelijk om het te vervangen door thermische en andere stations. Het blijkt dat het beheersen, verwerven, ontwikkelen, produceren en gebruiken van kernenergie voor het grootste deel gericht is op het voorzien in onze behoeften aan industriële producten. Laten we eens kijken wat voor soort industrieën het zijn: auto-industrie, militaire productie, metallurgie, chemische industrie, olie- en gascomplex, enz.

De moderne mens wil rijden nieuwe auto? Wil je je kleden in modieuze synthetische stoffen, synthetische stoffen eten en alles in synthetische stoffen verpakken? Wil je kleurrijke producten in verschillende soorten en maten? Wil je alle nieuwe telefoons, tv's, computers? Wil je veel kopen en vaak de uitrusting om je heen veranderen? Wil jij heerlijke chemische voeding eten uit gekleurde pakjes? Wil je in vrede leven? Wil je lieve toespraken horen vanaf het tv-scherm? Wil hij dat er veel tanks zijn, maar ook raketten en kruisers, maar ook granaten en kanonnen?
Wil?
En hij krijgt het allemaal. Het maakt niet uit dat de discrepantie tussen woord en daad uiteindelijk tot oorlog leidt. Het maakt niet uit dat het recyclen ervan ook energie kost. Voorlopig is de man kalm. Hij eet, drinkt, gaat naar zijn werk, verkoopt en koopt.

En dit alles kost energie. En daar is ook veel olie, gas, metaal etc voor nodig. En al deze industriële processen vereisen kernenergie. Daarom zal, wat iemand ook zegt, kernenergie zich alleen maar ontwikkelen totdat de eerste industriële thermonucleaire fusiereactor in productie is genomen.

We kunnen alles wat we gewend zijn gerust opsommen als voordelen van kernenergie. De keerzijde is het trieste vooruitzicht van een naderende dood als gevolg van de ineenstorting van de uitputting van hulpbronnen, problemen van kernafval, bevolkingsgroei en degradatie van bouwland. Met andere woorden: kernenergie heeft de mens in staat gesteld de controle over de natuur nog meer in handen te nemen, en deze zodanig te verkrachten dat hij binnen een paar decennia de drempel van de reproductie van fundamentele hulpbronnen heeft overwonnen, waardoor het proces van ineenstorting van de consumptie tussen 2000 en 2000 op gang is gekomen. en 2010. Dit proces is objectief gezien niet langer afhankelijk van de persoon. Iedereen zal minder moeten eten, minder leven en minder van de natuurlijke omgeving genieten. Hier ligt nog een plus of minpunt van kernenergie, namelijk dat landen die het atoom onder de knie hebben, in staat zullen zijn de schaarse hulpbronnen effectiever te herverdelen van degenen die het atoom niet onder de knie hebben. Bovendien zal alleen de ontwikkeling van het thermonucleaire fusieprogramma de mensheid in staat stellen eenvoudigweg te overleven. Laten we nu in detail uitleggen wat voor soort "beest" dit is: atoomenergie (kernenergie) en waarmee het wordt gegeten.

Kaartje 21

1. Wet van elektrolyse
1833 - Faraday

De wet van elektrolyse bepaalt de massa van de stof die vrijkomt op de elektrode tijdens elektrolyse tijdens het passeren van elektrische stroom.
k is het elektrochemische equivalent van de stof, numeriek gelijk aan de massa van de stof die vrijkomt op de elektrode wanneer een lading van 1 C door de elektrolyt gaat.
Als je de massa van de vrijgekomen substantie kent, kun je de lading van het elektron bepalen.

2. Bereiding van radioactieve isotopen en hun toepassing.
Van alle ons bekende isotopen hebben alleen waterstofisotopen een eigen naam. De isotopen 2H en 3H worden dus deuterium en tritium genoemd en worden respectievelijk D en T genoemd (de 1H-isotoop wordt soms protium genoemd).
Sollicitatie isotopen Een van de meest opvallende onderzoeken die zijn uitgevoerd met behulp van 'gelabelde atomen' was de studie van het metabolisme in organismen. Het is bewezen dat het lichaam in relatief korte tijd bijna volledige update. De atomen waaruit het bestaat, worden vervangen door nieuwe. Alleen ijzer vormt, zoals experimenten met isotopenonderzoek van bloed hebben aangetoond, een uitzondering op deze regel. IJzer maakt deel uit van de hemoglobine van rode bloedcellen. Toen radioactieve ijzeratomen in voedsel werden geïntroduceerd, bleek dat de vrije zuurstof die vrijkwam tijdens de fotosynthese oorspronkelijk deel uitmaakte van water en niet van koolstofdioxide. Radioactieve isotopen worden in de geneeskunde gebruikt, zowel voor diagnose als voor therapeutische doeleinden.

Kaartje 22

1. PLASMA– een gedeeltelijk of volledig geïoniseerd gas gevormd uit neutrale atomen en geladen deeltjes (ionen en elektronen). Het belangrijkste kenmerk van plasma is zijn quasineutraliteit, wat betekent dat de volumedichtheden van de positief en negatief geladen deeltjes waaruit het is gevormd vrijwel hetzelfde zijn. Een gas verandert in een plasmatoestand als sommige van zijn samenstellende atomen om de een of andere reden een of meer elektronen hebben verloren. omgezet in positieve ionen. In sommige gevallen kunnen er ook negatieve ionen in het plasma verschijnen als gevolg van de ‘hechting’ van elektronen aan neutrale atomen. Plasma is de vierde toestand van de materie, het gehoorzaamt aan de gaswetten en gedraagt ​​zich in veel opzichten als een gas. De term ‘plasma’ zelf, zoals toegepast op een quasi-neutraal geïoniseerd gas, werd in 1923 door de Amerikaanse natuurkundigen Langmuir en Tonks geïntroduceerd bij het beschrijven van verschijnselen in een gasontlading. Tot dan toe werd het woord ‘plasma’ alleen door fysiologen gebruikt en betekende het de kleurloze vloeibare component van bloed, melk of levende weefsels, maar al snel werd het concept ‘plasma’ stevig opgenomen in het internationale natuurkundige woordenboek en werd het op grote schaal gebruikt.

2. Biologische effecten van radioactieve straling werd niet onmiddellijk vastgesteld. Becquerel, die in 1896 radioactiviteit ontdekte, vermoedde niet eens het biologische effect van dit soort straling. In 1898 ontdekten Maria Skladovskaya-Curie en Pierre Curie radium en Becquerel nam een ​​paar milligram in een glazen reageerbuis voor onderzoek en stopte het in zijn borstzak. Na enige tijd vormde zich een pijnlijke, niet-genezende zweer op het lichaam tegenover de pocket. Hij werd gedwongen naar een dokter te gaan, de zweer genas, maar na een tijdje ging hij weer open. Alle wetenschappers die met radioactieve elementen werkten, hadden handen bedekt met niet-genezende zweren. Voordat het biologische effect van doordringende straling werd vastgesteld, leed de wetenschap onherstelbare verliezen. Maria en Pierre Curie, Irene en Frederic Curie en V. Kurchatov sterven aan stralingsziekte. Tot nu toe heeft de wetenschap voldoende feiten op dit gebied vastgesteld. Maar het mechanisme van het effect van doordringende straling op een cel is nog niet volledig vastgesteld. De natuurlijke achtergrondstraling per jaar bedraagt ​​2*10 -3 Gy per persoon (1 Gy=1J/kg). Een in korte tijd opgelopen stralingsdosis van 3-10 Gy is dodelijk.

Kaartje 23

1. Structuur van gasvormige, vloeibare en vaste lichamen
Gassen. Bij gassen is de afstand tussen atomen of moleculen gemiddeld vele malen groter meer maten de moleculen zelf. Bij atmosferische druk is het volume van een vat bijvoorbeeld tienduizenden keren groter dan het volume van de moleculen daarin. Gassen worden gemakkelijk gecomprimeerd en de gemiddelde afstand tussen moleculen neemt af, maar de vorm van het molecuul verandert niet. Moleculen bewegen zich met enorme snelheden – honderden meters per seconde – door de ruimte. Als ze botsen, stuiteren ze van elkaar af verschillende kanten zoals biljartballen. Zwakke krachten de aantrekkingskracht van gasmoleculen is niet in staat ze bij elkaar te houden. Daarom kunnen gassen onbeperkt uitzetten. Ze behouden vorm noch volume. Talrijke inslagen van moleculen op de wanden van het vat creëren gasdruk. Vloeistoffen. Vloeibare moleculen bevinden zich vrijwel dicht bij elkaar, waardoor een vloeibaar molecuul zich anders gedraagt ​​dan een gasmolecuul. In vloeistoffen bestaat er sprake van een zogenaamde korteafstandsorde, d.w.z. de geordende rangschikking van moleculen wordt gehandhaafd over afstanden gelijk aan verschillende moleculaire diameters. Vaste stoffen. Atomen of moleculen van vaste stoffen trillen, in tegenstelling tot atomen en moleculen van vloeistoffen, rond bepaalde evenwichtsposities. Om deze reden behouden vaste stoffen niet alleen volume, maar ook vorm. De potentiële energie van interactie tussen vaste moleculen is aanzienlijk groter dan hun kinetische energie.

2. Drie fasen in de ontwikkeling van de deeltjesfysica
1 . Van elektron tot positron: 1897-1932. Toen de Griekse filosoof Democritus de eenvoudigste, ondeelbare deeltjes atomen noemde, leek alles hem in principe niet erg ingewikkeld. Maar aan het einde van de 19e eeuw werd de complexe structuur van atomen ontdekt en werd het elektron geïsoleerd als een integraal onderdeel van het atoom. Toen werden al in de 20e eeuw het proton en het neutron ontdekt: deeltjes waaruit de atoomkern bestaat.
2 . Van positron tot quarks: 1932-1970 (Alle elementaire deeltjes veranderen in elkaar)
Alles bleek veel ingewikkelder: er bleken helemaal geen onveranderlijke deeltjes te zijn. Het woord elementair deeltje zelf heeft een dubbele betekenis. Aan de ene kant is het elementair het eenvoudigst. Aan de andere kant bedoelen we met elementair iets fundamenteels dat aan de basis van de dingen ligt.
3 . Van de quarkhypothese (1964) tot heden. In de jaren zestig rezen er twijfels of alle deeltjes die nu elementair worden genoemd deze naam volledig rechtvaardigen. De ontdekking van een elementair deeltje is altijd een buitengewone triomf van de wetenschap geweest en is dat nog steeds. Triomfen begonnen letterlijk de een na de ander te volgen. Er werd een groep zogenaamde ‘vreemde’ deeltjes ontdekt: K-mesonen en hyperonen met massa’s groter dan de massa van nucleonen. In de jaren zeventig voegden ze eraan toe grote groep"gecharmeerde" deeltjes met nog grotere massa's. Bovendien werden kortlevende deeltjes ontdekt met een levensduur in de orde van 10-22-10-23 s. Deze deeltjes werden resonanties genoemd en hun aantal bedroeg meer dan tweehonderd. Het was toen, in 1964, dat M. Gell-Mann en J. Zweig een model voorstelden volgens hetwelk alle deeltjes die deelnemen aan sterke interacties zijn opgebouwd uit meer fundamentele deeltjes: quarks. Op dit moment twijfelt bijna niemand aan de realiteit van quarks, hoewel ze nog niet in een vrije staat zijn ontdekt.

Kaartje 24

1. Gaswetten Isotherm proces (wet van Boyle Mariotto). Het proces van het veranderen van de toestand van een systeem van macroscopische lichamen bij een constante temperatuur. Om een ​​constante gastemperatuur te behouden is het noodzakelijk dat het warmte kan uitwisselen groot systeem- thermostaat. Anders zal tijdens compressie of expansie de temperatuur van het gas veranderen. Voor een gas met een bepaalde massa bij een constante temperatuur is het product van de gasdruk en het volume ervan constant. Deze wet werd experimenteel ontdekt (1627-1691). De wet van Boyle-Mariotte geldt meestal voor alle gassen, maar ook voor hun mengsels, bijvoorbeeld lucht.
Alleen bij drukken die honderden malen groter zijn dan de atmosferische druk worden afwijkingen van deze wet significant. De afhankelijkheid van de gasdruk van het volume bij een constante temperatuur wordt grafisch weergegeven door een curve die een isotherm wordt genoemd.

Isobaar proces. Het proces waarbij de toestand van een thermodynamisch systeem bij constante druk verandert, wordt isobaar genoemd.
Voor een gas met een bepaalde massa bij constante druk is de verhouding tussen volume en temperatuur constant. Deze wet werd in 1802 experimenteel vastgesteld door de Franse wetenschapper J. Gay-Lussac (1778-1850). Deze afhankelijkheid wordt grafisch weergegeven door een rechte lijn, die een isobaar wordt genoemd; verschillende drukken komen overeen met verschillende isobaren. Bij toenemende druk neemt het gasvolume bij constante temperatuur af volgens de wet van Boyle-Mariotte. Daarom komt de isobaar overeen met meer hoge bloeddruk p 2 ligt onder de isobaar die overeenkomt met de lagere druk p 1 .
Isochoor proces. Het proces waarbij de toestand van een thermodynamisch systeem bij een constant volume verandert, wordt isochoor genoemd. Voor een gas met een bepaalde massa is de verhouding tussen druk en temperatuur constant als het volume niet verandert. Deze gaswet werd in 1787 opgesteld door de Franse natuurkundige J. Charles (1746-1823) en wordt de wet van Charles genoemd. Deze afhankelijkheid wordt weergegeven door een rechte lijn die een isochoor wordt genoemd. Verschillende isochoren komen overeen met verschillende volumes. Naarmate het volume van een gas toeneemt bij een constante temperatuur, neemt de druk af volgens de wet van Boyle-Mariotte. Daarom ligt de isochoor die overeenkomt met het grotere volume V2 onder de isochoor die overeenkomt met het kleinere volume V1.

ONTDEKKING VAN DE POSITRON. ANTI-DEELTJES

Het bestaan ​​van de tweelingbroer van het elektron, het positron, werd theoretisch voorspeld door de Engelse natuurkundige P. Dirac in 1931. Tegelijkertijd voorspelde hij dat wanneer een positron een elektron ontmoet, beide deeltjes zouden moeten verdwijnen, waardoor hoogenergetische fotonen zouden ontstaan. Het omgekeerde proces kan ook plaatsvinden: de geboorte van een elektron-positronpaar, bijvoorbeeld: wanneer een foton met voldoende hoge energie in botsing komt met een kern. Twee jaar later werd het positron ontdekt met behulp van een wolkenkamer in een magnetisch veld. De richting van de kromming van het deeltjesspoor werd aangegeven door het teken van zijn lading. Op basis van de kromtestraal en de energie van het deeltje werd de verhouding tussen de lading en de massa bepaald. Het bleek dezelfde modulus te hebben als die van het elektron. Ooit veroorzaakte de ontdekking van de geboorte en vernietiging van elektron-positronparen een echte sensatie in de wetenschap. Tot dan toe had niemand gedacht dat het elektron, het oudste deeltje, het belangrijkste zou zijn bouwmateriaal atomen zijn misschien niet eeuwig. Vervolgens werden in alle deeltjes tweelingen – antideeltjes – aangetroffen. Antideeltjes zijn juist tegengesteld aan deeltjes omdat wanneer een deeltje het overeenkomstige antideeltje ontmoet, hun vernietiging plaatsvindt. Beide deeltjes verdwijnen en veranderen in stralingskwanta of andere deeltjes. Relatief recent ontdekt: antiproton en antineutron. De elektrische lading van het antiproton is negatief. Atomen waarvan de kernen uit antinucleonen bestaan ​​en de schil uit positronen vormen antimaterie. In 1969 werd antihelium voor het eerst in ons land verkregen.

Kaartje 25

1. De wiskundige notatie van de universele gaswet is eenvoudig:

pV = nRT. Het bevat de belangrijkste kenmerken van het gedrag van gassen: p, V en T zijn respectievelijk de druk, het volume en de absolute temperatuur van het gas, R is de universele gasconstante die alle gassen gemeen hebben, en n is een getal dat evenredig is met het aantal uit moleculen of atomen van het gas. Deze wet wordt in de natuurkunde gewoonlijk de toestandsvergelijking van materie genoemd, omdat deze de aard beschrijft van veranderingen in de eigenschappen van materie wanneer externe omstandigheden veranderen. Strikt genomen geldt deze wet alleen voor een ideaal gas. Deze formule werd in 1874 verkregen door D.I. Mendelejev door de wet van Avogadro te combineren met de algemene gaswet (pV/T = const), geformuleerd in 1834 door B.P.E. Clapeyron. Daarom wordt deze wet gewoonlijk de wet van Mendelejev-Clapeyron genoemd. In wezen maakte deze wet het mogelijk om alle eerder gemaakte empirische conclusies over de aard van het gedrag van gassen in het raamwerk van de nieuwe moleculaire kinetische theorie te introduceren.

Plan - overzicht

natuurkunde les

Lesonderwerp: Elektrische stroom via halfgeleidercontact REn Ntype.

Halfgeleiderdiode.

Les onderwerp . Elektrische stroom door contact

halfgeleidersPEnNsoorten.

Halfgeleiderdiode.

Het doel van de les : verklaar het mechanisme van de doorgang van elektrische stroom door het contact van halfgeleiders p enNtypen, overweeg direct en omgekeerde overgang, bestudeer de structuur en het werkingsprincipe van een halfgeleiderdiode, herhaal eerder bestudeerd materiaal met behulp van referentienotities en TSO.

Lesdoelen:

Educatief - creëer voorwaarden om nieuwe dingen te leren educatief materiaal gebruik maken van probleemgestuurd leren;

Introduceer de concepten van directe en omgekeerde junctie, halfgeleiderdiode;

Ontwikkelingsgericht – het ontwikkelen van de creatieve en mentale activiteit van leerlingen in de klas door het oplossen van onderzoeksproblemen, de intellectuele kwaliteiten van de persoonlijkheid van de leerling, zoals onafhankelijkheid, het vermogen om evaluatieve acties te ondernemen, te generaliseren en snel te schakelen; de vorming van onafhankelijke werkvaardigheden bevorderen; ontwikkel het vermogen om uw gedachten duidelijk en helder uit te drukken.

Educatief - breng cultuur bij mentaal werk, studenten interesse in het onderwerp bijbrengen door het gebruik van informatietechnologie (met behulp van een computer); het vermogen ontwikkelen om wiskundige notaties nauwkeurig en competent uit te voeren.

Apparatuur : basisnoten, een set halfgeleiders

diodes, computers met software

"Open natuurkunde".

Les stappen

Tijd,

min

Technieken en methoden

1.Herhaling van eerder bestudeerd materiaal

2. Een nieuw materiaal bestuderen: elektrische stroom door een halfgeleidercontact

r enNtype. Halfgeleiderdiode.

3. Vorming van vaardigheden en capaciteiten.

4. Primaire test van kennisverwerving. Reflectie.

5. Herhaling van materiaal.

5. Samenvattend.

6. Huiswerk.

Gesprek. Enquête over ondersteunende noten.

Het verhaal van de leraar. Gesprek. Ondersteunende notities. Toon stapsgewijze animatie.

Antwoorden op vragen van studenten.

Enquête over ondersteunende noten.

Open natuurkundeprogramma

Boodschap van de leraar.

Op het bord schrijven.

Lesplan

Verloop en inhoud van de les.

Inleidend woord van de leraar.

Controle van de assimilatie van het bestudeerde materiaal.

1. Herziening van het onderwerp "Wetten van gelijkstroom" - basissamenvatting.

   Elektrische stroom in halfgeleiders.

2.2.1 Structuur van halfgeleiders.

2.2.2 Elektronische geleidbaarheid.

2.2.3 Geleidingsvermogen van gaten.

2.2.4 Geleidbaarheid van onzuiverheden.

2.2.5 Donoronzuiverheden.

2.2.6 Acceptoronzuiverheden.

Het onderzoek onder studenten wordt uitgevoerd aan de hand van referentienotities.

2.2.7 Fysiek dictaat.

1. Wat is de intrinsieke geleidbaarheid van halfgeleiders?

2. Onder welke omstandigheden worden zuivere halfgeleiders elektrisch geleidend?

3. Hoe is de geleidbaarheid van halfgeleiders afhankelijk van de temperatuur?

4. Welke geleidbaarheid van halfgeleiders wordt elektronisch genoemd?

5. Hoe verschijnen ‘gaten’ in een zuivere halfgeleider?

6. Wat is de aard van de stroom in een halfgeleider?

7. Hoe beïnvloedt de aanwezigheid van onzuiverheden daarin de geleidbaarheid van halfgeleiders?

8. Onder welke omstandigheden treedt elektronische geleidbaarheid op in een onzuivere halfgeleider?

9. Onder welke omstandigheden vindt gatgeleiding plaats in een onzuivere halfgeleider?

10. Wat zijn de namen van halfgeleiders waarin de belangrijkste ladingsdragers elektronen zijn?

11. Wat zijn de namen van halfgeleiders waarin de belangrijkste ladingsdragers gaten zijn?

Nieuw materiaal leren .

3.1 Elektrische stroom door een halfgeleidercontactP En Nsoorten (door referentie samenvatting)

3.1.1 Elektrische eigenschappen van "pn"-verbindingen.

"p-n"-overgang (of elektron-gat-overgang) is het contactgebied van twee halfgeleiders waar de geleidbaarheid verandert van elektronisch naar gat (of omgekeerd).
Dergelijke gebieden kunnen in een halfgeleiderkristal worden gecreëerd door het introduceren van onzuiverheden. In de contactzone van twee halfgeleiders met verschillende geleidbaarheid zal onderlinge diffusie plaatsvinden. elektronen en gaten en er wordt een blokkerende elektrische laag gevormd. Het elektrische veld van de blokkerende laag verhindert de verdere doorgang van elektronen en gaten over de grens. De blokkeerlaag heeft een verhoogde weerstand vergeleken met andere delen van de halfgeleider.

Het externe elektrische veld beïnvloedt de weerstand van de barrièrelaag.
In de voorwaartse (door) richting van het externe elektrische veld passeert de elektrische stroom de grens van twee halfgeleiders.
Omdat elektronen en gaten bewegen naar elkaar toe richting het grensvlak. Elektronen overschrijden de grens en vullen de gaten. De dikte van de barrièrelaag en de weerstand ervan nemen voortdurend af.

Bij een blokkering (omgekeerde richting van het externe elektrische veld) zal de elektrische stroom niet door het contactgebied van de twee halfgeleiders gaan.
Omdat elektronen en gaten bewegen zich in tegengestelde richtingen van de grens. De blokkerende laag wordt dikker, de weerstand neemt toe.

3.2 Halfgeleiderdiode (referentieoverzicht).

Een halfgeleider met één "p - n"-overgang wordt een halfgeleiderdiode genoemd.

Bij het toepassen van el. velden in één richting, de weerstand van de halfgeleider is hoog,
in de tegenovergestelde richting - er is weinig weerstand.


Halfgeleiderdiodes zijn de belangrijkste elementen van AC-gelijkrichters.

3.3 Toepassingsgebied van halfgeleiderdiodes .

De uitleg van de stof gaat gepaard met een demonstratie van halfgeleiderdiodes. Presentatie dia.

....................

Het materiaal bevestigen.

Ondersteunende notities.

Computers - Open Physics-programma.

Huiswerkopdracht : $73,74.

Samenvatten.

Terug vooruit

Aandacht! Voorbeeld De dia's zijn uitsluitend voor informatieve doeleinden en vertegenwoordigen mogelijk niet alle kenmerken van de presentatie. Als je geïnteresseerd bent dit werk, download dan de volledige versie.

Les in het 10e leerjaar.

Onderwerp: R- En N- soorten. Halfgeleiderdiode. Transistors."

Doelen:

• leerzaam: vanuit het oogpunt van de elektronische theorie een idee vormen van vrije elektrische ladingsdragers in halfgeleiders in aanwezigheid van onzuiverheden en op basis van deze kennis de fysieke essentie van de p-n-overgang achterhalen; studenten de werking van halfgeleiderapparaten leren uitleggen, gebaseerd op kennis van de fysieke essentie van de pn-overgang;
• ontwikkelen: het fysieke denken van studenten ontwikkelen, het vermogen om zelfstandig conclusies te formuleren, de cognitieve interesse en cognitieve activiteit vergroten;
• leerzaam: de vorming van het wetenschappelijke wereldbeeld van schoolkinderen voortzetten.

Uitrusting: presentatie over het onderwerp:“Halfgeleiders. Elektrische stroom via halfgeleidercontact R- En N- soorten. Halfgeleiderdiode. Transistor", multimediaprojector.

Tijdens de lessen

I. Organisatorisch moment.

II. Nieuw materiaal leren.

Dia 1.

Dia 2. Halfgeleider – een stof die dat wel heeft weerstand kan over een groot bereik variëren en neemt zeer snel af bij toenemende temperatuur, wat betekent dat de elektrische geleidbaarheid (1/R) toeneemt.

Het wordt waargenomen in silicium, germanium, selenium en in sommige verbindingen.

Dia 3.

Geleidingsmechanismen in halfgeleiders

Dia 4.

Halfgeleiderkristallen hebben een atomair kristalrooster, waarbij de buitenste Dia 5. elektronen zijn gebonden aan naburige atomen door covalente bindingen.

Bij lage temperaturen Zuivere halfgeleiders hebben geen vrije elektronen en gedragen zich als isolatoren.

Halfgeleiders zijn puur (zonder onzuiverheden)

Als de halfgeleider zuiver is (zonder onzuiverheden), heeft deze een eigen geleidbaarheid, die laag is.

Er zijn twee soorten intrinsieke geleidbaarheid:

Dia 6. 1) elektronische ("n"-type geleidbaarheid)

Bij lage temperaturen in halfgeleiders zijn alle elektronen gebonden aan de kernen en is de weerstand hoog; Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de kinetische energie van de deeltjes toe, worden bindingen afgebroken en verschijnen er vrije elektronen - de weerstand neemt af.

Vrije elektronen bewegen tegengesteld aan de elektrische veldsterktevector.

De elektronische geleidbaarheid van halfgeleiders is te wijten aan de aanwezigheid van vrije elektronen.

Dia 7.

2) gat (geleidbaarheid "p" type)

Naarmate de temperatuur stijgt, worden de covalente bindingen tussen de atomen, uitgevoerd door valentie-elektronen, vernietigd en worden plaatsen met een ontbrekend elektron – een ‘gat’ – gevormd.

Het kan door het hele kristal bewegen, omdat zijn plaats kan worden vervangen door valentie-elektronen. Het verplaatsen van een "gat" is gelijk aan het verplaatsen van een positieve lading.

Het gat beweegt in de richting van de elektrische veldsterktevector.

Naast verwarming kan het verbreken van covalente bindingen en het ontstaan ​​van intrinsieke geleidbaarheid in halfgeleiders worden veroorzaakt door verlichting (fotogeleiding) en de werking van sterke elektrische velden. Daarom hebben halfgeleiders ook gatengeleiding.

De totale geleidbaarheid van een zuivere halfgeleider is de som van de geleidbaarheid van de typen “p” en “n” en wordt de geleidbaarheid van het elektron-gat genoemd.

Halfgeleiders met onzuiverheden

Dergelijke halfgeleiders hebben hun eigen geleidbaarheid + onzuiverheid.

De aanwezigheid van onzuiverheden verhoogt de geleidbaarheid aanzienlijk.

Wanneer de concentratie van onzuiverheden verandert, verandert het aantal elektrische stroomdragers (elektronen en gaten).

Het vermogen om de stroom te beheersen ligt ten grondslag aan het wijdverbreide gebruik van halfgeleiders.

Bestaan:

Dia 8. 1) Donoronzuiverheden (doneren)– zijn extra leveranciers van elektronen aan halfgeleiderkristallen, geven gemakkelijk elektronen op en vergroten het aantal vrije elektronen in de halfgeleider.

Dia 9. Dit zijn de geleiders "n" – typ, d.w.z. halfgeleiders met donoronzuiverheden, waarbij de belangrijkste ladingsdrager elektronen zijn en de minderheidsladingsdrager gaten zijn.

Zo'n halfgeleider heeft dat wel elektronische onzuiverheid geleidbaarheid. Bijvoorbeeld arseen.

Dia 10. 2) Acceptoronzuiverheden (ontvangst)– “gaten” creëren, waarbij elektronen in zichzelf worden opgenomen.

Dit zijn halfgeleiders "p" - typ, d.w.z. halfgeleiders met acceptoronzuiverheden, waarbij de belangrijkste ladingsdrager gaten zijn en de minderheidsladingsdrager elektronen zijn.

Zo'n halfgeleider heeft dat wel Gat onzuiverheid geleidbaarheid. Dia 11. Indium bijvoorbeeld. Dia 12.

Laten we eens kijken welke fysieke processen plaatsvinden wanneer twee halfgeleiders met verschillende soorten geleidbaarheid met elkaar in contact komen, of, zoals ze zeggen, in een pn-overgang.

Dia 13-16.

Elektrische eigenschappen van de pn-overgang

"p-n"-overgang (of elektron-gat-overgang) is het contactgebied van twee halfgeleiders waar de geleidbaarheid verandert van elektronisch naar gat (of omgekeerd).

Dergelijke gebieden kunnen in een halfgeleiderkristal worden gecreëerd door het introduceren van onzuiverheden. In de contactzone van twee halfgeleiders met verschillende geleidbaarheid zal onderlinge diffusie plaatsvinden. elektronen en gaten en er wordt een blokkerende elektrische laag gevormd. Het elektrische veld van de blokkerende laag verhindert verdere doorgang van elektronen en gaten over de grens. De blokkeerlaag heeft een verhoogde weerstand vergeleken met andere delen van de halfgeleider.

Het externe elektrische veld beïnvloedt de weerstand van de barrièrelaag.

In de voorwaartse (door) richting van het externe elektrische veld passeert de elektrische stroom de grens van twee halfgeleiders.

Omdat elektronen en gaten bewegen naar elkaar toe in de richting van het grensvlak, waarna de elektronen, die de grens overschrijden, de gaten vullen. De dikte van de barrièrelaag en de weerstand ervan nemen voortdurend af.

Paspoort p-n-modus overgang:

Wanneer het externe elektrische veld zich in een blokkerende (omgekeerde) richting bevindt, zal er geen elektrische stroom door het contactgebied van twee halfgeleiders gaan.

Omdat Terwijl elektronen en gaten in tegengestelde richtingen van de grens bewegen, wordt de blokkerende laag dikker en neemt de weerstand ervan toe.

Blokkeermodus p-n-overgang:

De elektron-gat-overgang heeft dus eenrichtingsgeleiding.

Halfgeleiderdiodes

Een halfgeleider met één p-n-overgang wordt een halfgeleiderdiode genoemd.

- Jongens, schrijf een nieuw onderwerp op: "Halfgeleiderdiode."
'Wat voor idioot is er?' vroeg Vasechkin glimlachend.
- Geen idioot, maar een diode! – antwoordde de leraar: “Een diode, wat betekent dat hij twee elektroden heeft, een anode en een kathode.” Begrijp je dat?
'En Dostojevski heeft zo'n werk: 'The Idiot', hield Vasechkin vol.
- Ja, dat is zo, en dan? Je zit in een natuurkundeles, geen literatuur! Verwar een diode alstublieft niet meer met een idioot!

Dia 17–21.

Wanneer een elektrisch veld in één richting wordt aangelegd, is de weerstand van de halfgeleider hoog, in de tegenovergestelde richting is de weerstand klein.

Halfgeleiderdiodes zijn de belangrijkste elementen van AC-gelijkrichters.

Dia 22–25.

Transistoren worden halfgeleiderapparaten genoemd die zijn ontworpen om elektrische oscillaties te versterken, genereren en omzetten.

Halfgeleidertransistors - de eigenschappen van "p-n" -overgangen worden ook gebruikt - transistors worden gebruikt in de circuits van radio-elektronische apparaten.

De grote ‘familie’ van halfgeleiderapparaten die transistors worden genoemd, omvat twee typen: bipolair en veldeffect. De eerste worden, om ze op de een of andere manier van de tweede te onderscheiden, vaak gewone transistors genoemd. Bipolaire transistoren worden het meest gebruikt. We zullen waarschijnlijk met hen beginnen. De term ‘transistor’ is samengesteld uit twee Engelse woorden: overdracht – omzetter en weerstand – weerstand. In een vereenvoudigde vorm is een bipolaire transistor een halfgeleiderwafel met drie (zoals in een laagcake) afwisselende gebieden met verschillende elektrische geleidbaarheid (figuur 1), die twee p-n-overgangen vormen. De twee uiterste gebieden hebben een elektrische geleidbaarheid van één type, de middelste heeft een andere elektrische geleidbaarheid. Elk gebied heeft zijn eigen contactpin. Als de elektrische geleidbaarheid van het gat de overhand heeft in de buitenste gebieden, en de elektronische geleidbaarheid in het midden (figuur 1, a), dan wordt zo'n apparaat een transistor van de p – n – p-structuur genoemd. Een transistor met een n – p – n-structuur heeft daarentegen gebieden met elektronische elektrische geleidbaarheid langs de randen, en daartussen bevindt zich een gebied met elektrische geleidbaarheid van gaten (Fig. 1, b).

Wanneer toegepast op de basis van de transistor n-p-n-type Wanneer een positieve spanning wordt aangelegd, gaat deze open, d.w.z. de weerstand tussen de emitter en de collector neemt af, maar wanneer een negatieve spanning wordt aangelegd, wordt deze daarentegen gesloten, en hoe sterker de stroom, hoe meer deze opent of sluit. Voor transistoren p-n-p-structuren het is andersom.

basis bipolaire transistor(Fig. 1) is een plaatje van germanium of silicium, dat elektronische of elektrische geleidbaarheid heeft, dat wil zeggen n-type of p-type. Ballen van onzuiverheidselementen worden op het oppervlak van beide zijden van de plaat versmolten. Bij verhitting tot een strikt gedefinieerde temperatuur vindt diffusie (penetratie) van onzuiverheidselementen plaats in de dikte van de halfgeleiderwafel. Als resultaat verschijnen er twee gebieden in de dikte van de plaat, die qua elektrische geleidbaarheid tegengesteld zijn. Een p-type germanium- of siliciumplaat en de daarin gecreëerde n-type gebieden vormen een transistor van de n-p-n-structuur (Fig. 1, a), en een n-type plaat en de daarin gecreëerde p-type gebieden vormen een transistor van de pnp-structuur (Fig. 1, b).

Ongeacht de structuur van de transistor wordt de plaat van de oorspronkelijke halfgeleider de basis (B) genoemd, het gebied met een kleiner volume ertegenover in termen van elektrische geleidbaarheid is de emitter (E), en een ander soortgelijk gebied met een groter volume is de verzamelaar (K). Deze drie elektroden vormen twee pn-overgangen: tussen de basis en de collector - de collector, en tussen de basis en de emitter - de emitter. Elk van hen is qua elektrische eigenschappen vergelijkbaar met de pn-overgangen van halfgeleiderdiodes en opent met dezelfde voorwaartse spanningen daarover.

Conventionele grafische aanduidingen van transistors met verschillende structuren verschillen alleen doordat de pijl die de emitter en de richting van de stroom door de emitterovergang symboliseert, voor een p-n-p-transistor naar de basis is gericht, en voor een n-p-n-transistor is deze van de basis af gericht.

Dia 26–29.

III. Primaire consolidatie.

1. Welke stoffen worden halfgeleiders genoemd?
2. Welk soort geleidbaarheid wordt elektronisch genoemd?
3. Welke andere geleidbaarheid wordt waargenomen in halfgeleiders?
4. Welke onzuiverheden ken je nu?
5. Wat is de doorvoermodus van een pn-overgang?
6. Wat is de blokkeermodus van een pn-overgang?
7. Welke halfgeleiderapparaten kent u?
8. Waar en waarvoor worden halfgeleiderapparaten gebruikt?

IV. Consolidatie van wat geleerd is

1. Hoe verandert de soortelijke weerstand van halfgeleiders bij verhitting? Onder verlichting?
2. Zal silicium supergeleidend zijn als het wordt afgekoeld tot een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt? (nee, de siliciumweerstand neemt toe met afnemende temperatuur).