Презентация на тему "Полупроводники"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Полупроводники Работу сделал Студент группы 1мС: Насонов Николай. pptcloud.ru

• 
  Слайд 2

  Основные свойства полупроводников

  Полупроводниками являются химические элементы кремний (Si), германий (Ge), селен (Se), Теллур (Те) и некоторые химические соединения. При низких температурах чистые полупроводники не проводят электрического тока, т.к. в них нет свободных зарядов. Кремний и германий имеют на внешней электронной оболочке по 4 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.

• 
  Слайд 3
  

  Строение кристалла кремния Валентные электроны При повышении температуры некоторые электроны покидают свои места в кристалле.

• 
  Слайд 4
  

  Образование и движение электронов и дырок при повышенной температуре в чистом полупроводнике

• 
  Слайд 5
  

  Когда электрон уходит со своего места в кристалле, он становится свободной частицей и движется в кристалле хаотически.Оставленноеэлектроном место называют «дыркой». На место дырки приходит валентный электрон, расположенный поблизости, при этом образуется новая дырка. На место этой новой дырки также приходит электрон, и т.д. Таким образом, дырка перемещается по кристаллу полупроводника также хаотически. При приложении к кристаллу внешнего электрического поля движение свободных электронов и дырок происходит под его воздействием: электроны движутся к плюсу, а дырки – к минусу. При этом дырка ведёт себя как частица, заряженная положительно.

• 
  Слайд 6
  

  Направленное движение электронов и дырок под действием электрического поля

• 
  Слайд 7
  

  Количество электронов и дырок в чистом полупроводнике невелико, и поэтому ток в нём очень слабый. Для увеличения количества свободных заряженных частиц в полупроводник внедряются примеси. При этом используется технология, позволяющая атомам примеси замещать атомы кремния или германия в кристаллической решётке. Для увеличения количества свободных электро- нов к полупроводнику подмешивают некоторое количество пятивалентного элемента – мышьяка (As). При этом 4 валентных электрона атома мышьяка заполняют ковалентные связи, а пятый электрон остаётся свободным. При наличии электрического поля он перемещается в сторону плюса. Если атомов примеси достаточно, то в кристалле протекает значительный ток.

• 
  Слайд 8
  

  Внедрение атомов мышьяка в кристаллическую структуру кремния с образованием свободных электронов

• 
  Слайд 9
  

  Примесь, которая образует свободные элект-роны, называется донорной, а полупроводник с такой примесью называется полупроводником n-типа (от словаnegative– отрицательный). Для получения полупроводника с дырочной проводимостью в него внедряют элемент с тремя электронами на внешней оболочке, например, индий (In), электроны которого могут заполнить только 3 ковалентные связи из 4. В результате около атома индия образуется дырка, а в полупроводнике – дырочная проводимость. Такая примесь называется акцепторной, а полупроводник –p-типа (от слова positive– положительный).

• 
  Слайд 10
  

  Внедрение атомов индия в кристалл кремния с образованием дырок

• 
  Слайд 11

  p-nпереход

  Если плотно соединить полупроводники p- и n- типов, то между ними образуется т.н. p-n переход, обладающий замечательными свойствами. При приложении к нему напряжения так, что плюс находится со стороныp-полупроводника, а минус – со стороны n (прямое включение) электроны пойдут к положительному электроду, а дырки – к отрицательному. Очень важно, что взамен ушедших зарядов с электродов в полупроводник будут переходить: с отрицательного электрода – электроны, а с положительного – дырки. Поэтому через переход будет течь постоянный ток.

• 
  Слайд 12
  

  При обратном включении напряжения, т.е. когда положительный электрод находится со стороныn-полупроводника, а отрицательный – со стороныp, заряды быстро уходят: электроны на положитель-ный электрод, дырки на отрицательный, и на этом протекание тока заканчивается, т.к. неоткуда заменить ушедшие на электроды заряды. Этим объясняется тот факт, что при обратном включении ток через p-nпереход практически не проходит (на самом деле ток есть, но во много раз меньше, чем при прямом включении). Это свойство p-nперехода пропускать ток в одном направлении и не пропускать в противоположном широко используется для выпрямления переменного тока.

• 
  Слайд 13

  Полупроводниковые диоды

  Полупроводниковый диод – этоp-nпереход, вставленный в герметичный корпус. Диоды предназначены для выпрямления переменного тока. Основными характеристиками полупровод-никовых диодов являются рабочая частота, прямой ток и обратное напряжение. - - обозначение диода на схемах, - -высокочастотный диод, применяется в радиоустройствах, - - низкочастотный маломощный диод, применяется в блоках питания промышленной и бытовой радиоаппаратуры, - -низкочастотный мощный диод, применяется в выпрямителях промышленных установок

• 
  Слайд 14
  

  Транзисторы Полупроводниковые приборы, предназначен-ные для усиления электрических сигналов , называются транзисторами. Транзистор состоит из трёх слоёв полупроводника –p-n-p или n-p-n. Он имеет 3 вывода: коллектор, эмитер и базу. Изображение транзисторов на схемах: типn-p-n типp-n-p

• 
  Слайд 15
  

  Рассмотрим протекание тока в транзисторе типа p-n-p при отсутствии источника напряжения в цепи эмитер – база. Напряжение от батареи Б1 подаётся на переход коллектор – база (p-nпереход) в режиме обратного включения, поэтому дырки из коллектора быстро уходят на отрицательный электрод, и ток прекращается, т.к. нет источника для пополнения дырками коллектора. В цепи эмитер - база тока нет, т.к. там отсутствует источник напряжения.

• 
  Слайд 16
  

  Добавим в предыдущую схему батарею Б2 значительно меньшего напряжения, чем Б1. Включение этой батареи по отношению к p-n переходу эмитер – база прямое, поэтому дырки в эмитере пойдут в сторону базы. Но т.к. толщина базы очень мала и электронов в ней немного, дырки из эмитера пересекут базу как бы по инерции и попадут в коллектор, а дальше эти дырки пойдут по коллектору к отрицательному электроду. Количеству дырок постоянно пополняется с положительного электрода эмитера, поэтому ток в цепи будет непрерывным. Величина тока зависит от напряжения батареи Б1. По закону Ома напряжение на Rравно IR, и оно намного больше напряжения батареи Б1. Таким образом, транзистор усилива-ет напряжение, поданное на вход эмитер-база. Это напряжение может быть и переменным, например, от микрофона.

• 
  Слайд 17
  

  Добавим в предыдущую схему микрофон М, который генерирует переменное напряжение в такт со звуковыми колебаниями. Теперь напряжение на переходе эмитер – база будет переменным (точнее – пульсирующим). Таким же будет и ток в цепи коллектор – эмитер и, соответственно, напряжение на резисторе R, причём, оно будет значительно больше по величине, чем напряжение, выдаваемое микрофоном, т.е. будет усилено.

• 
  Слайд 18
  

  Мы рассмотрели один тип транзисторов, однако их намного больше, причём, многие из них отличаются по принципу действия и характеристикам. Общим у них является применение полупроводников. На рисунке показан внешний вид некоторых транзисторов.

• 
  Слайд 19
  

  Применение транзисторов Транзисторы широко применяются для усиления сигналов и создания систем автоматического управления в радиостанциях, радиоприёмниках, телевизорах, магнитофонах и многих других устройствах научного, промышленного и бытового назначения.