Сторінка
10

Методика проведення теоретичних занять

Далі викладач повинен розповісти про енергетичні діаграми провідників, напівпровідників і діалектриків. На рисунку потрібно показати типові діаграми енергетичних зон для цих речовин. У провідників зона провідності і зона валентних електронів перекривають одна одну, тобто заборонена зона відсутня і валентні електрони легко переходять в зону провідності. У діалектриків ширина забороненої зони велика, і, відповідно, для переходу валентних електронів в зону провідності їм потрібно надати потрібну енергію (не менше 3 еВ). Для напівпровідників заборонена зона відносно невелика (приблизно 0,5 - 3 еВ), під дією зовнішніх факторів (тепло, світло, електричне поле) електрони за рахунок зміни запасу енергії можуть перейти із нормальної зони в зону провідності .

Величина роботи виходу твердих тіл залежить від їх структури і є фізичною характеристикою тіла. Чим менша у даного провідника робота виходу, тим меншою повинна бути затрата енергії для отримання вільних електронів за межами даного провідника.

Вихід електронів можливий також із провідників і діалектриків. Однак при цьому робота затрачається не тільки на перемагання гальмуючих електричних сил, але й на збудження електронів, які переходять із валентної зони в зону провідності.

Якщо електронам металів чи напівпровідників надається додаткова енергія, то вихід електронів із тіла буде можливим - проходить електронна емісія.

Потік вільних електронів в електровакуумних і іонних (газорозрядних) приладах виникає із металічного чи напівпровідникового електроду - катода.

Щоб електрони могли вийти за межі електрода, необхідно надати їм зовні деяку енергію, яка достатня для переборення протидіючих сил.

В залежності від способу надання електронам додаткової енергії розрізняють такі види електронної емісії:

термоелектронну, при якій додаткова енергія надається електронам в результаті нагріву катода;

фотоелектронну, при якій на поверхню катода діє електромагнітне випромінювання;

вторинну електронну, яка є результатом бомбардування катода потоком електронів чи іонів, які рухаються з великою швидкістю;

електростатичну, при якій сильне електричне поле у поверхні катода створює сили, які сприяють виходу електронів за його межі.

Далі викладач повинен розповісти про рух електронів в електричному і магнітному полях. Керування рухом електронів в більшості електронних приладів здійснюється з допомогою електричних чи магнітних полів. В чому полягає сутність цих явищ? Яким законам вони підпорядковуються? Розглянемо ці питання спочатку для електричного поля, а потім для магнітного.

Електрон в електричному полі. Взаємодія електронів які рухаються з електричним полем - основний процес, який проходить в більшості електронних приладів. Найбільш простим випадком є рух електрона в однорідному електричному полі, тобто в полі, напруженість якого однакова в будь якій точці як по величині, так і по напряму.

В електронних приладах електричні поля звичайно неоднорідні. Вони характеризуються непостійністю напруженості по величині і напрямку. Конфігурація таких полів досить різностороння і складна. Вибираючи величини і напрямки напруженості електричного поля, можна заставити електрони рухатися по раніше розрахованій траєкторії, подібно до того, як напрямок світлового променя змінюють шляхом вибору першочергового напрямку і відповідних оптичних середовищ. Таким чином, є подібність між законами руху електронів в електричному полі і законами світлової оптики.

Електрон в магнітному полі. Вплив магнітного поля на електрон який рухається можна розглядати як дію цього поля на провідник зі струмом. Під дією нормальної складової електрон рухається по окружності, а під дією дотичної - переміщується вздовж силових ліній поля. У результаті одночасної дії обох складових траєкторія руху електрона приймає вид спіралі. Розглянута можливість зміни траєкторії руху з допомогою магнітного поля використовується для фокусування і керування електронним потоком в електронно - променевих трубках і інших приладах. Викладений на занятті матеріал дозволяє студентам зрозуміти сутність електронної теорії, а зокрема атомної будови речовини, поділу речовин на провідники, напівпровідники, діалектрики, роботу виходу електронів, види електронної емісії і також зрозуміти принцип руху електронів у електричному і магнітному полях. На протязі пояснення потрібно використовувати рисунки, діаграми відповідно до того чи Іншого пояснення.

Методичними особливостями заняття з теми є:

Основні поняття з розділу;

Завдання самостійної роботи студентів з інструкційними вказівками;

Навчальна мета включає всі основні поняття з розділу;

Актуалізація розділу - запитання проблемного характеру.

Методика навчання теми: "Електрофізичні властивості напівпровідників"

Навчальна мета заняття: навчити студентів сутності електрофізичних властивостей напівпровідників.

Форма організації навчальної діяльності студентів: лекція.

План.

1. Фізичні властивості напівпровідників. Залежність провідності напівпровідників від температури та інших факторів.

2. Власна провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. Електронно - дирковий перехід. Властивості р-п - переходу при відсутності і наявності зовнішньої напруги.

З, Вольт - амперна характеристика р-п - переходу.

4. Еквівалентна схема р-п - переходу. Температурні і частотні властивості р-п-переходу. Види і способи створення р-п - переходу.

Домінуючі методи навчання: лекція, пояснення, узагальнення, демонстрація.

Матеріально - технічне забезпечення: кодопосібники, плакати, графопроектор "ЛЕКТОР 2000 ", кадропроектор "Альфа", схеми з поясненням електрофізичних властивостей напівпровідників, таблиці.

Студенти повинні добре засвоїти електрофізичні властивості напівпровідників і фізичні основи роботи напівпровідникових приладів. На основі набутих студентами знань по хімії викладач розповідає, що напівпровідники (кремній, германій та ін) відносяться до четвертої групи таблиці Менделєєва і у чистому вигляді мають високий питомий електричний опір, що наближає їх за електропровідністю до діалектриків. Значення питомого електричного опору чистих напівпровідникових матеріалів лежать у діапазоні від 0,65 Ом м (германій) до 108 Ом м (селен), що перевищує питомий опір міді приблизно в 35-106 і 55-1013 раз. Введення до чистого напівпровідника невеликої кількості домішок (наприклад, атом домішки на мільйон атомів напівпровідника) різко збільшує електропровідність такого матеріалу.

У залежності від концентрації домішок напівпровідникові матеріали можуть мати питомий опір в межах 10"5 - 102 Ом-м, що в 600 - 6000-106 раз більше питомого опору міді. Дозуючи концентрації домішок, можна отримати напівпровідникові матеріали з різними значеннями питомого електричного опору, який можна змінювати в широкому діапазоні. Такі напівпровідники за своїми електропровідними властивостями займають проміжне положення між металами та діалектриками .