Transcript Polovodiče - moderná škola tretieho tisícročia

Kód ITMS projektu: 26110130519
Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia
Polovodiče
Vzdelávacia oblasť:
Človek a príroda
Predmet
Fyzikálny seminár
Ročník, triedy:
4. ročník
Tematický celok:
Elektrický prúd v polovodičoch
Vypracoval:
Mgr. Jolana Szanková
Dátum:
február 2014
Obsah
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Zopakujme si
Charakteristika
polovodiča
Termistor
Vlastné
polovodiče
Nevlastné
polovodiče
PN prechod
7.
Polovodičová
dióda
8. Voltampérová
charakteristika
9. Využitie
polovodičov
11. Použité zdroje
2
Zopakujme si
Rozdelenie látok podľa elektrickej vodivosti:
ρ = 10-7 Ω.m - 10-8 Ω.m
• vodiče - kovy napr. Ag, Cu, Al
elektrolyty napr. vodný roztok NaCl
ρ = 10-2 Ω.m
• polovodiče - prvky Si, Ge, Se, zlúčeniny - PbS, CdS, GaAs
• izolanty (dielektriká) - bakelit, sklo
• Porovnávanie látok pomocou merného elektrického
odporu ρ:
izolanty
polovodiče
vodiče
10-2 Ω.m
109 Ω.m
• Polovodiče sú látky, ktoré sa za veľmi nízkych teplôt
stávajú izolantmi. Aj niektoré organické látky sú polovodiče
- hemoglobín, chlorofyl.
•
3
Charakteristika polovodiča
• Polovodiče sú látky, ktorých elektrické vlastnosti
závisia od vonkajších podmienok (od teploty,
žiarenia, elektrického poľa, prítomnosti prímesí).
• Merný elektrický odpor polovodičov ρ so zvyšujúcou
teplotou sa rýchlo zmenšuje.
Závislosť merného elektrického odporu
polovodiča a kovu od teploty
• Merný elektrický odpor kovov
so zvyšujúcou teplotou
mierne zväčšuje.
4
Termistor
• Veľká teplotná závislosť odporu polovodiča sa využíva
pri termistoroch.
• Termistor je polovodičová súčiastka, ktorá sa skladá
z kúska polovodiča (napr. z oxidov UO2, NiO, Fe3O4) a
dvoch elektrických prívodov.
• Meraním odporu termistora môžeme nepriamo
merať teplotu danej látky
• Termistory majú rozličné
tvary a veľkosti.
5
Vlastné polovodiče
• sú čisté polovodiče zbavené prímesí, napr. kremík Si
• Schéma kryštálovej
Kremík je štvormocný, viaže sa so štyrmi
susednými atómami pomocou štyroch
mriežky Si:
valenčných elektrónov.
• vznik párov
Pri teplotách približujúcich sa 0 K sa kremík
správa ako izolant.
Pri vyšších teplotách sa môžu niektoré väzby
porušiť.
Zrušením niektorých väzieb vznikajú
súčasne dva typy voľných častíc s nábojom,
voľné elektróny a tzv. diery, častice s
kladným elektrickým nábojom.
generácia párov - vznik párov voľný elektrón - diera
6
Nevlastné (prímesové) polovodiče
• obsahujú prímes, iné atómy zabudované do
kryštálovej mriežky čistého polovodiča, ktoré majú
prebytok alebo nedostatok valenčných elektrónov
• prímesová vodivosť - je elektrická vodivosť
Donory poskytujú kryštálu voľné elektróny.
spôsobená prímesami
• donor (darca) - prímes atómov, ktoré majú prebytok
voľných elektrónov (P, N, As, Sb, Bi) majoritné - väčšinové častice
• akceptor (príjemca) – prímes atómov, ktoré majú
nedostatok valenčných elektrónov (B, Al, Ga, In)
• rekombinácia – zánik párov elektrón – diera
minoritné - menšinové častice
Akceptory sú schopné prijať voľné elektróny.
7
Nevlastné (prímesové) polovodiče
• v čistom polovodiči nahradíme niektoré atómy
polovodiča cudzími atómami
Polovodič typu N
Polovodič typu P
Kremík s prímesou As
polovodiče s elektrónovou vodivosťou
Kremík s prímesou In
polovodiče s dierovou vodivosťou
8
PN prechod
• PN prechod - je rozhranie polovodiča typu P a N
• Na rozhraní nastane difúzia dier z P do N a
elektrónov z N do P - vzniká elektrická dvojvrstva s
iónmi opačnej polarity, ktorá bráni ďalšej difúzii
väčšinových voľných častíc.
Oblasť prechodu má veľký elektrický
odpor, má schopnosť usmerňovať prepúšťa prúd iba jedným smerom.
javy prebiehajúce na rozhraní
dvoch polovodičov s rozličným
typom vodivosti sa v praxi často
využívajú
9
Polovodičová dióda
• je polovodič s prechodom PN
Zapojenie v závernom smere
Zapojenie v priepustnom smere
prepúšťa prúd iba
jedným smerom
10
Voltampérova charakteristika
• graf závislosti prúdu prechádzajúceho polovodičovou
diódou a napätia na dióde
zvyšovaním napätia na dióde zapojenej
v priepustnom smere sa prúd rýchlo
zväčšuje, ale dióda sa môže
prechodom príliš veľkého prúdu poškodiť
Diódový jav - jav závislosti elektrického
odporu polovodiča s prechodom PN od
polarity vonkajšieho zdroja pripojeného k
polovodiču.
11
Využitie polovodičov
• Termistor - sa využíva na meranie a reguláciu teploty
• Fotorezistor - je polovodičový prvok, ktorého odpor
sa mení s osvetlením. Používa sa na reguláciu a
zmenu osvetlenia.
• Polovodičová dióda - používa sa na usmerňovanie
striedavého prúdu
• Fotodióda - dióda určená predovšetkým
pre detekciu zmien svetla a premenu svetla
na elektrický prúd/napätie
• LED (svetelné) diódy používajú sa ako indikátory
12
Použité zdroje
• Bednařík M., Svoboda E. a kol.: Fyzika pre 2.ročník
gymnázií, 1993, SPN, Bratislava
• Tarábek, P. a kol.: Zmaturuj z fyziky,
Didaktis, Bratislava, 2011
• Lank V., Vondra M.: Fyzika, 2008, Fragment s.r.o.
• http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_htm
l_m5649dfc5.jpg
• http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_11
6ac9ec.jpg
• http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_htm
l_6eca8a65.png
• http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_m3
13
• 21331c2.jpg