Материал презентации может быть использован, как ввовное занятие на уроках физики, информатики или электротехники для объяснения работы полупроводников. Рассмотрена классификация веществ по типу проводимости. Дается объяснение собственной и примесной проводимости. Объяснена работа p-n - перехода. Диод и его свойства. Кратко дается понятие о транзисторах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация по теме: «Полупроводники» Преподаватель: Виноградова Л.О.

Классификация веществ по проводимости Собственная проводимость полупроводников Примесная проводимость полупроводников p – n переход и его свойства Полупроводниковый диод и его применение Транзисторы Электрический ток в различных средах Электрический ток в полупроводниках

Классификация веществ по проводимости Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы: Электрические свойства веществ Проводники Полупроводники Диэлектрики Хорошо проводят электрический ток К ним относятся металлы, электролиты, плазма … Наиболее используемые проводники – Au , Ag, Cu, Al, Fe … Практически не проводят электрический ток К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага … Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками Si, Ge , Se, In, As

Классификация веществ по проводимости Вспомним, что проводимость веществ обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц Например, в металлах это свободные электроны - - - - - - - - - - К содержанию

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении температуры Si Si Si Si Si - - - - - - + свободный электрон дырка + + При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток - -

Собственная проводимость полупроводников Таким образом, электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных частиц - дырок При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается R (Ом) t (0 C) R 0 металл полупроводник К содержанию

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные Донорные примеси Si Si As Si Si - - - - - - - При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As , один из 5 электронов мышьяка становится свободным Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной Примесная проводимость полупроводников - -

Примесная проводимость полупроводников Акцепторные примеси Если кремний легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка Si Si In Si Si - - - - - + Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной - -

Примесная проводимость полупроводников Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение: р - типа n - типа Основные носители заряда - дырки Основные носители заряда - электроны + - Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда (в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки), количество которых растет при увеличении температуры К содержанию

p – n переход и его свойства Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p – n переходом + _ 1. Прямое включение + + + + - - - - Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево) Сопротивление перехода мало, ток велик. Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток р n

p – n переход и его свойства + _ 2. Обратное включение + + + + - - - - Основные носители заряда не проходят через p – n переход Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток р n Запирающий слой К содержанию

Полупроводниковый диод и его применение Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус Обозначение полупроводникового диода на схемах Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ) I (A) U (В) Основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней проводимости

Полупроводниковый диод и его применение Применение полупроводниковых диодов Выпрямление переменного тока Детектирование электрических сигналов Стабилизация тока и напряжения Передача и прием сигналов Прочие применения

До диода После диода После конденсатора На нагрузке Полупроводниковый диод и его применение Схема однополупериодного выпрямителя

Полупроводниковый диод и его применение Схема двухполупериодного выпрямителя (мостовая) вход выход + - ~

Транзисторы p-n-p канал p- типа n-p-n канал n- типа Условные сокращения: Э - эмиттер, К - коллектор, Б – база. Транзистор был первым полупроводниковым устройством, способным выполнять такие функции вакуумного триода (состоящего из анода, катода и сетки), как усиление и модуляция. Транзисторы вытеснили электронные лампы и произвели революцию в электронной промышленности.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

учитель физики: Абрамова Тамара Ивановна МБОУ « Бутурлиновская СОШ» 2016г.

Что такое полупроводник? Откуда взялись электроны и дырки? Что получится при добавлении мышьяка в германий? Полупроводники идут на контакт. Одностороняя проводимость – не только на дорогах. Диоды, транзисторы, светодиоды, фотоэлементы – где с ними встречаемся? Сегодня на уроке.

ПОЛУПРОВОДНИКИ ρ металлов ‹ ρ полупров. ‹ ρ диэл. ρ₁ - У С металлов Ρ ₂ - УС полупроводников Ρ ₃ - УС диэлектриков

Строение полупроводников К полупроводникам относятся химические элементы германий, кремний, селен, мышьяк, индий, фосфор,… и их соединения. В земной коре этих соединений достигает 80%. При низких температурах и в отсутствии освещенности чистые п/п не проводят электрического тока, т. к. в них нет свободных зарядов. Кремний и германий имеют на внешней электронной оболочке по 4 (валентных) электрона. В кристалле каждый из этих электронов принадлежит двум соседним атомам, образуя, т. н. ковалентную связь. Эти электроны участвуют в тепловом движении, но остаются на своих местах в кристалле. С е Р а С е л е н Кремний

Собственная проводимость полупроводников П р и н а г р е в а н и и П р и о с в е щ е н и и N эл. = N дыр.

полупроводник фольга корпус изолятор вывод

Искусственные спутники Земли, космические корабли, электронно – вычислительная техника, радиотехника, автоматизированные системы счета, сортировки, проверки качества, … Применение Фотореле, аварийные Выключатели.

примесная проводимость полупроводников N электронов > N дырок Проводимость – электронная (донорная). Полупроводник – n- типа. N дырок > N электронов. Проводимость –дырочная (акцепторная). Полупроводник – p -типа.

Электронно – дырочный переход R зап. слоя велико! R з.с. уменьшилось. R з.с. увеличилось. d= 10 ¯⁵ c м

Свойство контакта полупроводников с разным типом проводимости n – p переход Х а р а к т е р и с т и к а Основное свойство n – p перехода - Односторонняя проводимость В о л ь т а м п е р н а я Прямой переход. Обратный переход

Германий -катод Индий – анод Полупроводниковый диод Главное свойство – односторонняя проводимость. Используется для выпрямления слабых токов в радиоприемниках, телевизорах, и сильных токов в ЭД трамваев, электровозов.

Принцип работы полупроводникового устройства Основные носители зарядов Неосновные носители зарядов Виды диодов – плоскостные и точечные. Достоинства: Малые размеры и масса, высокий к.п.д., прочны.

транзисторы Применяются в качестве усилителей в радиотехнике, в электротехнике.

Полупроводниковые приборы

Фотоэлементы и термоэлементы

Применение фотоэлементов

Светодиоды полупроводниковые Светодиоды – приборы, преобразующие электрическую энергию в световую. Излучают кванты света под действием приложенного напряжения.

Полупроводниковые термоэлементы Преобразуют внутреннюю энергию в электрическую.

1.Какими носителями электрического заряда создается ток в металлах и в чистых полупроводниках? А. И в металлах, и в полупроводниках только электронами. Б. В металлах только электронами, в полупроводниках только « дырками». В. В металлах только электронами, в полупроводниках электронами и «дырками». Г.В металлах и полупроводниках ионами. 2. Какой тип проводимости преобладает в полупроводниках с примесями? А. Электронная. Б. Дырочная. В. В равной степени электронная и дырочная. Г. Ионная. 3. Как зависит сопротивление от температуры в металлах и в полупроводниках? А.В металлах увеличивается, а в полупроводниках уменьшается с ростом температуры. Б. В металлах уменьшается, а в полупроводниках увеличивается с ростом температуры. В. В металлах не изменяется, а в полупроводниках уменьшается с изменением температуры. Г. В металлах увеличивается с изменением температуры, а в полупроводниках не изменяется. 4. Применяется ли закон Ома для тока в полупроводниках и в металлах? А. Для тока в полупроводниках применяется, а для тока в металлах нет. Б. Для тока в металлах применяется, а для тока в полупроводниках нет. В. Применяется и для тока в металлах, и для тока в полупроводниках. Г. Не применяется ни в каком случае. Задания для самоконтроля 1.В 2.А 3.А 4.Б.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

При разработке урока по теме «Полупроводники. Примесный полупроводник. Собственная проводимость» были применены электронные образовательные ресурсы....

разработка урока по теме«Полупроводники.Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»...

презентация "Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках"

презентация:"Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках"...

Полупроводниковые приборы урок –исследование по физике. 9 класс

Берюмова Ольга Николаевна, учитель физики МОУ СОШ № 22 Курского муниципального района Ставропольского края

Цель: изучения принципа действия и строения полупроводниковых приборов .

•  виды электропроводности;
•  полупроводники их свойства и применение;

• принципы работы полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы.

• « Полупроводниковые приборы » - это перспективная ветвь развития электротехники.

Диоды

Фотоэлектрические полупроводниковые приборы

Полупроводники

Триоды

Интегральные микросхемы

Транзисторы

Резисторы

Виды проводимости

Примесная

Электронная

Дырчатая

Не основные носители заряда

• созда ётся путём добавления к тщательно очищенному полупроводнику весьма малого количества примеси.

• В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход , называемый также р-п- переходом или запирающим слоем.

Биполярные транзисторы

• Биполярный транзистор можно условно рассматривать как соединение полупроводниковых диодов.
• * Термин «транзистор», образованный путем слияния двух английских слов transfer -передача и resistor - сопротивление, надо понимать как передающее сопротивление. .

• В современных электронных вычислительных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.

• 1 . Средствами электротехники относительно быстро решаются важнейшие технические проблемы в народном хозяйстве.
• 2. Полупроводниковые приборы вытеснили электронные лампы и ионные приборы
• 3. Электрическая проводимость полупроводников с повышение температуры уменьшается.
• 4. Чем лучше очистка полупроводника, тем выше его удельное сопротивление.
• 5. На практике используется исключительно примесная электропроводность полупроводников,
• 6. Размеры диода зависят от допустимой для данного типа диодов плотности тока.
• 7. Чем больше нагревостойкость диода, тем меньше могут быть его габариты при том же КПД

• 8 . В настоящее время широко применяют несколько видов полупроводниковых диодов: селеновые, германиевые, кремниевые, редко из арсенида галлия.

9. Применение электронных устройств приводит к непрерывному усложнению их схем и к увеличению количества используемых в них элементов.

• 10 В современных электронных вычисли­тельных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.
• 11 Разработаны новые принципы создания электронных устройств на базе элементной интеграции.
• 12 Электронные устройства на полупроводниковых интегральных микросхемах могут иметь плотность монтажа до 500 элементов в 1 см 3 .

• 13. Интегральные микросхемы представляют собой усилительные устройства.
• 14. Они обладают большим быстродействием и высокой надежностью (безотказностью в работе). Современные интегральные микро­схемы могут содержать более 1000 элементов.
• 15. Большие интегральные микросхемы рассчитаны на очень небольшую мощность - десятые доли ватта .

Интегральные датчики температуры на БТ 2 Большинство полупроводниковых датчиков температуры используют соотношение между напряжением база-эмиттер и током коллектора. Базовая схема измерения температуры Схемы ячеек датчиков температуры Ячейка Брокау Ячейка токового датчика температуры

Интегральные датчики температуры на БТ 3 Датчики температуры с токовым выходом TO-92Корпус от -25 до 105T A,°C 0,298I CC,мА от 4 до 30V CC,В Различные схемы включения токовых ДТ для определения: а среднего значения температуры в трех точках пространства, б точки с минимальной температурой из трех контролируемых, в разности температур в двух точках

Интегральные датчики температуры на БТ 4 Датчики температуры с выходом по напряжению Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С AD AD Vcc, В Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,12 LM45 LM135/235/335 Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ К 10 Рабочий диапазон температур, С LM LM LM Простейшие схемы применения для измерения: а – минимальной из трех температур, б – среднего значения температуры для трех точек, в – разности температур Типовые схемы включения: а – без калибровки, б – с калибровкой

Интегральные датчики температуры на БТ 5 Схемы простого термостата Логометрический ДТ: а – структурная схема, б – схема преобразования температуры в код, не зависящий от напряжения питания Логометрические ДТ Системы измерения называются логометрическими, если конечный результат преобразования не зависит от температуры. Выходной сигнал логометрических датчиков зависит от напряжения питания. Vcc, В2,7...3,6 Чувствительность, мВ/ С 28 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,5 КорпусSOIC-8, TO92 Удобно сопрягать датчик с 12-разрядным АЦП AD7896, который использует питающее напряжение в качестве опорного

Датчики температуры с цифровым выходом 6 Микросхемы MAX6576/MAX6577 это дешёвые, слаботочные температурные датчики с однопроводным выходом. Микросхема MAX6576 преобразует окружающую температуру в меандр с периодом пропорциональным абсолютной температуре (°K). Микросхема MAX6577 преобразует окружающую температуру в меандр с частотой пропорциональной абсолютной температуре. Микросхема MAX6576 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±4.5°C при +85°C и ±5°C при +125°C. Микросхема MAX6577 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±3.5°C при +85°C и ±4.5°C при +125°C. Наименование Интерфейс Точность (±°C) Диапазон питающего напряжения (В)Рабочий диапазон (°C)Корпус MAX6576 MAX6577 период - темп. частота - темп. 3 от 2.7 до 5.5 от –40 до /SOT2 3 Оба устройства отличаются однопроводным выходом, который минимизирует число выводов, необходимых для взаимодействия с микропроцессором. Диапазон периода/частоты выходного меандра может быть выбран подключением двух выводов выбора времени (TS0, TS1) к VDD (питание) или GND (общий). Микросхемы MAX6576/MAX6577 выпускаются в компактных 6-контактных SOT23 корпусах.

Датчики температуры с ШИМ 7 TMP03/TMP04 - полупроводниковая ИС, длительность прямоугольного сигнала на выходе которой прямо пропорциональна ее температуре. Встроенный преобразователь температуры вырабатывает прямопропорциональное температуре напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением, и результат сравнения подается на цифровой модулятор. Масштабный формат кодирования выходного последовательного цифрового сигнала позволяет избежать ошибок, возникающих в других устройствах ввиду нестабильности частоты синхросигнала. Приборы имеют типовую погрешность измерения ±1.5°C в диапазоне от -25°C до +100°C и превосходную линейность характеристики преобразования. Цифровой выход TMP04 является ТТЛ/КМОП совместимым, что позволяет подключать его к большинству микроконтроллеров напрямую. Выход с открытым коллектором прибора TMP03 имеет максимальный втекающий ток 5 мА. TMP03 и TMP04 имеют рабочий диапазон напряжения питания от 4.5 до 7 В. Работая от 5 В источника питания при ненагруженном выходе приборы потребляют менее 1.3 мА. TMP03/TMP04 определены для работы в температурном диапазоне от -40°C до +100°C и выпускаются в ТО-92, SO-8 и TSSOP-8 корпусах. С пониженной точностью приборы способны измерять температуру до 150°C. Формат выходного сигнала ДТ

Датчики температуры с последовательным цифровым интерфейсом 8 Эта микросхема помимо температурного датчика на основе биполярного транзистора включает также сигма- дельта АЦП, интерфейс которого совместим с интерфейсами SPI и MICROWIRE. Тринадцатиразрядный АЦП обес­печивает разрешение °С в диапазоне температур от -55 до +150°С. Датчик допускает перевод в режим молчания с пониженным энергопотреблением (shutdown mode), при котором потребляемый ток уменьшается до 10 мкА. Датчик изготавливается в корпусе SO-8 и в миниатюрном 5-выводном micro SMD-кopпyсe. Датчики температуры AD7816/17/18 Датчики температуры DS18B20

Температурные компараторы 9 Прибор имеет выход с открытым коллектором, который переключается при достижении температурой заданного пользователем значения. ADT05 имеет гистерезис, равный приблизительно 4°С, что обеспечивает быстрый цикл включения/выключения. ADT05 разработан для работы с однополярным напряжением питания от + 2,7 до +7,0 В, что облегчает их применение как в батарейных устройствах, так и в индустриальных контрольных системах. Номинал резистора, задающего температуру срабатывания, определяется выражением: R SET = 39 МОМ°С/(T SET (°C) + 281,6°C) - 90,3 к Ом. ТМР01 – двухканальный контролер, который также вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (выход 5). Помимо этого он вырабатывает сигналы управления на одном или обоих выходах, когда температура оказывается за пределами заданного температурного диапазона. Верхняя и нижняя границы диапазона и гистерезис компараторов каждого из этих каналов задаются внешними сопротивлениями.