SẢN PHẨM dự THI TÍCH hợp DÒNG điện TRONG CHẤT bán dẫn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT THƯỢNG CÁT HỒ SƠ DỰ THI - NGƯỜI THỰC HIỆN: BẠCH TẤN TRƯỜNG - GIÁO VIÊN VẬT LÝ - TRƯỜNG: THPT THƯỢNG CÁT NĂM HỌC 2014- 2015 Phụ lục PHIẾU THÔNG TIN VỀ GIÁO VIÊN Sở Giáo dục Đào tạo Hà Nội Trường THPT Thượng Cát Địa chỉ: P Thượng Cát – Q Bắc Từ Liêm – TP Hà Nội Điện thoại: 04375112480 Email: c3thuongcat@hanoiedu.vn Họ tên giáo viên: Bạch Tấn Trường – Sn: 1986 Môn : Vật Lý Điện thoại: 0977.124.886 Email: bachtantruong86@gmail.com Phụ lục PHIẾU MÔ TẢ HỒ SƠ DẠY HỌC DỰ THI CỦA GIÁO VIÊN Tên hồ sơ dạy học : DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN (Vật Lý 11 – Chương trình chuẩn ) Mục tiêu dạy học 2.1.Kiến thức - Nắm khái niệm chất bán dẫn đặc điểm, cấu tạo,phân loại chất bán dẫn - Giải thích chất chất bán dẫn, hạt tải điện chất bán dẫn - Vận dụng kiến thức liên mơn Hóa – Cơng nghệ - Tốn – Tin giải thích chất chất bán dẫn nguyên tắc chế tạo, hoạt động Điot bán dẫn tranzito lưỡng cực - Liên hệ thực tế để chế tạo sử dụng chất bán dẫn 2.1.1 Môn Vật lý + Hiểu chất bán dẫn tính chất chất bán dẫn, loại bán dẫn + Nêu chất dòng điện chất bán dẫn, hạt tải điện chất bán dẫn + Trình bày ứng dụng chất bán dẫn chế tạo điot bán dẫn tranzito lưỡng cực phục vụ nhiều lĩnh vực khác + Kiến thức tính chất hạt ánh sáng (Chương 6: Lượng tử ánh sáng -Vật lý 12) 2.1.2 Mơn hố + Nêu thành phần cấu tạo nguyên tử chất + Nêu loại ion, liên kết cộng hóa trị, + Hiểu cấu hình ngun tử chất bán dẫn Địa nội dung tích hợp + Lớp 10: Bài 1: thành phần cấu tạo nguyên tử + Lớp 10: Bài 12: liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, cấu hình ngun tử 2.1.3 Môn công nghệ + Nêu đặc điểm cấu tạo điot bán dẫn tranzito lưỡng cực + Nêu nguyên lí làm việc hoạt động điot bán dẫn tranzito lưỡng cực n-p-n p-n-p + Nêu lĩnh vực ứng dụng điot bán dẫn tranzito lưỡng cực + Nêu nguyên tắc hoạt động pin quang dẫn, pin nhiệt điện Địa nội dung tích hợp + Lớp 12: Bài : Điôt bán dẫn ứng dụng + Lớp 12: Bài 4: Tranzito lưỡng cực ứng dụng 2.1.4 Mơn điện tử tự động hóa + Biết vận dụng điot bán dẫn tranzito lưỡng cực vào mạch điện tử, ngành kỹ thuật + Hiểu tác dụng , vai trò linh kiện mạch điện 2.1.5 Môn tin học + Sử dụng phần mềm Microsoft Office PowerPoint 2007 2.2 Kỹ : - Rèn luyện kỹ tư duy, hoạt động độc lập, hợp tác làm việc theo nhóm - Rèn luyện kỹ kết hợp liên môn để giải thích chất vấn đề khả vận dụng lý thuyết với thực hành - Rèn luyện cách suy luận cho HS 2.3 Thái độ: - Có thái độ tích cực học tập nghiên cứu, thực hành - Tích cực tư duy, ham học hỏi, liên hệ lý thuyết thực tiễn - Nghiêm túc, hợp tác tốt, linh hoạt hoạt động vận dụng kiến thức liên môn việc lĩnh hội kiến thức - Tạo hứng thú học Vật lý cho HS Đối tượng dạy học học : Học sinh lớp 11 Trường THPT Thượng Cát – Từ Liêm – Hà Nội - Số lượng học sinh : 35 - Số lớp thực : 01 - Lớp thực : 11D1 - Dự án mà thực tiết chương trình Vật lý lớp 11 - Đối tượng học sinh thuộc vùng ngoại thành Hà Nội, có trình độ nhận thức khác nhau, có kỹ thực cơng việc khác động, tư tốt nên việc dạy kiến thức liên môn mở rộng tư duy, sáng tạo học tập vận dụng đạt hiệu cao vào sống cho em Ý nghĩa học : - Qua dạy học thực tế nhiều năm tơi thấy việc tích hợp kiến thức môn học vào giải vấn đề mơn học việc làm cần thiết Điều khơng địi hỏi người giáo viên giảng dạy mơn khơng nắm bắt nhuần nhuyễn kiến thức mơn giảng dạy mà cịn phải khơng ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức môn học khác để giúp em giải tình huống, vấn đề đặt mơn học nhanh chóng hiệu - Đối với việc tích hợp kiến thức mơn tốn, hóa học, điện tử, tự động hóa , cơng nghệ vào dạy “ Dịng điện chất bán dẫn “ cần thiết em có nhìn tồn diện hơn, sâu sắc linh kiện mà em quan sát mà không hiểu chế tạo nào, đồng thời hiểu rõ chất vấn đề, ứng dụng linh hoạt cung cấp cho em lượng kiến thức sơ điện tử tự động hóa để em bước lên học chuyên nghiệp không khỏi bỡ ngỡ, thụ động - Trong thực tế thấy soạn có tích hợp với kiến thức mơn học khác giúp giáo viên tiếp cận tốt hơn, hiểu rõ hơn, sâu vấn đề đặt SGK Từ học trở nên sinh động hơn, học sinh có hứng thú học, tìm tịi, khám phá nhiều kiến thức suy nghĩ sáng tạo đồng thời vận dụng vào thực tế tốt Thiết bị dạy học, học liệu - Tranh ảnh có liên quan, phim minh họa, Máy chiếu , Máy chiếu vật thể , Máy tính Một số điot bán dẫn trazito lưỡng cực - Thiết kế giảng sử dụng phần mềm powerpoi số phần mềm khác Hoạt động dạy học tiến trình dạy học Bài 17 : DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN I/ Mục tiêu: 1/ Kiến thức: - Hiểu chất bán dẫn đặc điểm chất bán dẫn - Giải thích chất chất bán dẫn, hạt tải điện chất bán dẫn - Vân dụng kiến thức liên mơn Hóa – Cơng nghệ - Tốn – Tin giải thích chất chất bán dẫn nguyên tắc chế tạo, hoạt động Điot bán dẫn tranzito lưỡng cực - Liên hệ thực tế để chế tạo sử dụng chất bán dẫn thực tiễn 2/ Kỹ : - Rèn luyện kỹ tư duy, hoạt động độc lập, hợp tác làm việc theo nhóm - Rèn luyện kỹ kết hợp liên mơn để giải thích chất vấn đề khả vận dụng lý thuyết với thực hành 3/ Thái độ - Có thái độ tích cực học tập nghiên cứu, thực hành - Tích cực tư duy, ham học hỏi, liên hệ lý thuyết thực tiễn - Nghiêm túc, hợp tác tốt, linh hoạt hoạt động vận dụng kiến thức liên môn việc lĩnh hội kiến thức II/ Chuẩn bị giáo viên học sinh Giáo viên: - Giáo án , Sách giáo khoa, Sách giáo viên , sách tham khảo , tranh ảnh hình sách giáo khoa, tranh sưu tầm , phim ảnh liên quan Phiếu học tập, bảng cho học sinh điền , bút , Nam châm… Máy tính, máy chiếu , máy chiếu vật thể … Kiến thức hóa học liên kết cộng hóa trị , nguyên tử , cấu tạo nguyên tử, Kiến thức môn Công nghệ điot bán dẫn tranzito lưỡng cực,… Kiến thức môn tin cách sử dụng máy chiếu, dao động kí …… Kiến thức ứng dụng điot tranzito thực tiễn … Chuẩn bị số linh kiện bán dẫn thường dùng điôt bán dẫn, tranzito, - LED, … Nếu có linh kiện hỏng bóc vỏ học sinh xem miếng bán dẫn linh kiện Học sinh : - Bảng phụ , đọc , chuẩn bị trước nhà ,… - Tìm hiểu ứng dụng điot bán dẫn tranzito lưỡng cực thực tế… - Thuyết electron tính dẫn điện kim loại - Vài thông số quan trọng kim loại điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở, mật độ electron tự III/Tiến trình giảng 1/Kiểm tra cũ: Không 2/ Bài : ĐVĐ: Ngày nay, ta hay nói đến bùng nổ cơng nghệ thơng tin Vậy bùng nổ bắt nguồn từ đâu? Hay pin mặt trời chế tạo từ bán dẫn silic? Cơ chế hoạt động ? Bài hơm nay: BÀI 17 : DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN Tiết : Hoạt động : Tìm hiểu cấu tạo chất bán dẫn phân loại bán dẫn tạp chất Cho HS quan sát số hình ảnh mẫu chất bán dẫn Phần : Cấu tạo chất bán dẫn phân loại bán dẫn tạp chất 1/ Cấu tạo chất bán dẫn Nói : Chất bán dẫn chất có điện trở suất - Chất bán dẫn nằm khoảng trung gian kim loại - Tính chất khác biệt so với kim chất điện môi Nhóm vật liệu bán dẫn loại - Cấu tạo bán dẫn tinh khiết - Cấu tạo bán dẫn pha tạp tiêu biểu gecmani silic GV: Giới thiệu số bán dẫn thông dụng 2/ Phân loại chất bán dẫn tạp chất Giới thiệu tính chất khác biệt bán dẫn a/ Bán dẫn loại n so với kim loại : b/ Bán dẫn loại p Dùng kiến thức mơn tốn - Điện trở suất có giá trị trung gian điện mơi kim loại - Điện trở bán dẫn giảm đáng kể bị chiếu sáng bị tác dụng tác nhân ion hóa khác - Điện trở suất chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất Giới thiệu đặc điểm bán dẫn tinh khiết bán dẫn có pha tạp chất Khảo sát với bán dẫn Silic Yêu cầu học sinh viết cấu hình silic để thấy lớp ngồi có liên kết hóa trị Dùng kiến thức mơn hóa giải thích - Si có hóa trị 4,4 electron liên kết chặt chẽ với nguyên tử lân cận, liên kết nguyên tử bền vững - Ở nhiệt độ thấp không dẫn điện - Ở nhiệt độ cao: Liên kết bị phá vỡ tạo electron tự lỗ trống nên bán dẫn dẫn điện - Để tăng độ dẫn điện pha thêm tạp chất vào bán dẫn GV giới thiệu cách phân loại bán dẫn Dùng kiến thức mơn hóa cấu hình nguyên tử để giải thích cách pha tạp bán dẫn để tạo nên bán dẫn loại p bán dẫn loại n - Bán dẫn loại n bán dẫn chứa tạp chất cho(Đôno)(vd: Si pha tạp P) - Bán dẫn loại p bán dẫn chứa tạp chất nhận(axepto)(vd: Si pha tạp B) Kết luận : - Hạt tải điện chất bán dẫn electron dẫn lỗ trống - Bản chất dòng điện chất bán dẫn dịng chuyển dời có huớng electron dẫn nguợc chiều điện trường lỗ trống chiều điện trường GV dùng kiến thức liên môn giải thích tạo nên hạt tải điện chất bán dẫn (Si): - Dùng kiến thức toán học : Từ độ thị phụ thuộc điện trở suất kim loại bán dẫn tinh khiết phụ thuộc vào nhiệt độ ta thấy khác rõ rệt hai chất, với kim loại có dạng đường thẳng nên tỉ lệ bậc điện trở suất lại tăng chậm nhiệt độ tăng cịn chất bán dẫn có đồ thị đường cong điện trở suất lại tăng nhanh Từ ta sử dụng, vận dụng hai chất vào thực tế linh hoạt hơn, hiệu - Kiến thức mơn hóa học : 10 + Silic nguyên tố có hóa trị 4, tức lớp electron ngồi ngun tử Si có bốn electron Trong tinh thể, nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận thông qua liên kết cộng hóa trị Như xung quanh nguyên tử Si có tám electron tạo thành lớp electron đầy nên bền vững Ở nhiêt độ thấp, electron gắn bó chặt chẽ với nguyên tử nút mạng Do tinh thể khơng có hạt tải điện nên bán dẫn Si không dẫn điện Ở nhiệt độ cao , số electron hóa trị thu thêm lượng giải phóng khỏi liên kết trở thành electron tự tạo thành hạt tải điện bán dẫn, đồng thời , electron bứt khỏi liên kết liên kết trống xuất gọi lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện bán dẫn + Dùng kiến thức liên môn hóa học để giải thích hai loại bán dẫn loại p(hạt tải điện chủ yếu mang điện dương) bán dẫn loại n(hạt tải điện chủ yếu mang điện âm) Tùy theo tỉ lệ ta pha tạp nồng độ pha tạp vào bán dẫn, người ta tạo bán dẫn loại mong muốn có tính dẫn điện mong muốn Đây tính - chất đặc biệt bán dẫn khiến cho có nhiều ứng dụng Dùng kiến thức phần lượng tử ánh sáng giải thích tượng quang dẫn : Cặp electron – lỗ trống cịn phát sinh có ánh sáng thích hợp chiếu vào, điện trở suất bán dẫn giảm cường độ chiếu sáng tăng Ta dựa vào thuyết photon ánh sáng Anhxtanh để giải thích ánh sáng thích hợp chiếu vào mang theo dòng photon ánh sáng với động lớn đập vào bán dẫn làm mối liên kết hóa trị bị đứt tạo hạt tải điện cho bán dẫn Hoaït động : Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p-n Nội dung III Lớp chuyển tiếp p-n Hoạt động giáo viên GV trình bày khái niệm : 1.Sự hình thành lớp chuyển tiếp p- n Lớp chuyển tiếp p-n chổ tiếp xúc 2.Dịng điện qua lớp chuyển tiếp p –n miền mang tính dẫn p miền mang tính dẫn n tạo tinh thể bán dẫn GV giải thích hình thành lớp chuyển tiếp p–n : - Khi có loại bán dẫn p n đặt tiếp 11 xúc có khuyếch tán electron tự từ phần bán dẫn n sang p lỗ trống khuyếch tán từ phần bán dẫn p sang n, kết mặt phân cách bán dẫn hình thành lớp tiếp xúc tích điện dương phía bán dẫn n tích điện âm phía bán dẫn p Do lớp tiếp xúc có điện trường E hướng từ n sang p làm ngăn cản khuyếch tán hạt mang điện Do có khuyếch tán nói nên số hạt mang điện sát hai bên lớp tiếp xúc giảm nên điện trở lớp tiếp xúc lớn - Khi nối bán dẫn loại n vào cực dương, bán dẫn loại p vào cực âm nguồn điện Điện trường E nguồn điện tạo hướng từ n sang p làm cho hạt mang điện không di chuyển qua lớp tiếp xúc, có hạt mang điện không qua lớp tiếp xúc tạo dòng điện có cường độ nhỏ gọi dòng điện ngược • Kết luận : - Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện theo chiều từ p sang n - Dòng diện chạy qua lớp nghèo 12 chủ yếu từ p sang n Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n chiều thuận, chiều từ n sang p chiều ngược GV đưa đường đặc trưng von - ampe lớp chuyển tiếp p- n Yêu cầu HS nhận xét đặc điểm đường đặc trưng vôn-ampe Dùng kiến thức liên mơn tốn học để giải thích đặc điểm lớp chuyển tiếp p- n GV kết luận ê Tiết : Hoạt động : Tìm hiểu điôt bán dẫn mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Nội dung IV Điôt bán dẫn mạch chỉnh lưu dùng điôt bán Giới thiệu điôt bán dẫn Yêu cầu học sinh nêu Ghi nhận linh kiện Nêu công dụng điôt dẫn Điôt bán dẫn thực chất công dụng điôt bán bán dẫn lớp chuyển tiếp p-n dẫn Nó cho dòng điện GV giải thích chế hoạt qua theo chiều từ p sang n động điot bán dẫn Xem hình 17.7 Ghi nhận Ta nói điôt bán dẫn có tính u cầu học sinh quan sát hoạt động chỉnh lưu chỉnh lưu Nó dùng để hai video: mạch lắp mạch chỉnh lưu, biến - Video 1: khảo sát thực -HS quan sát điện xoay chiều thành điện nghiệm đặc tính dẫn chiều điện chiều điot bán dẫn theo chiều 13 thuận - Video 2: khảo sát thực nghiệm đặc tính dẫn điện chiều điot -HS quan sát theo chiều ngược Yêu cầu HS nhận xét sau quan sát đặc tính điot bán dẫn theo chiều - HS nhận xét thuận ngược GV giải thích chế hoạt động ứng dụng điot bán dẫn kiến thức môn Công nghệ - Điot linh kiện bán dẫn hai cực, có lớp chuyển tiếp p-n , hoạt động cở sở tính chỉnh lưu lớp chuyển tiếp p-n , hiệu điện đạt vào mạch, chạy qua mạch nửa chu kì mà lớp chuyển tiếp p- n mắc theo chiều thuận tức điện phía bán dẫn loại p cao điện phía bán dẫn loại n Ở nửa chu kì sau, điot mắc theo chiều ngược, dòng điện chạy qua mạch nhỏ nên bỏ qua , dịng điện thực tế chạy theo chiều nên có tính chỉnh lưu - Dùng điôt chế tạo photođiot (hay điot quang) cách mắc điot vào hiệu điện ngược ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào lớp chuyển tiếp p-n làm tăng hạt tải điện dùng để làm cảm biến ánh sáng Đây dụng cụ thiếu thông tin quang học tự động hóa… - Dùng điot chế tạo pin mặt trời pin quang điện, điot dùng để phát quang, dùng hiển thị, đèn báo, quảng cáo, nguồn sáng….Ngoài ra, điot dùng để chế tạo cặp nhiệt điện bán dẫn ứng dụng để chế tạo thiết bị làm lạnh gọn, nhẹ hiệu cao dùng khoa học, y khoa… Hoạt động : Tìm hiểu cấu tạo nguyên lí hoạt động tranzito lưỡng cực n-p-n Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh u cầu HS quan sát HS quan sát Nội dung V Cấu tạo nguyên lí video3 hoạt động hoạt động tranzito 14 lưỡng cực n-p-n tranzito Hiệu ứng tranzito Xét tinh thể bán dẫn Giới thiệu cực điện đặt vào cực Ghi nhận cực có tạo miền điện đặt vào cực p, hai miền n1 n2 Mật độ electron miền n2 lớn so với mật độ lỗ trống Trình bày phương án Theo dõi, phân tích để miền p Trên miền đưa tình để hiểu khái niệm có hàn điện cực C, đến khái niệm hiệu B, E Điện cực E, ứng tranzito B, C giữ giá trị V E = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển Phân tích phân cực tiếp p-n2 phân cực thuận, VC Yêu cầu học sinh dùng lớp có giá trị tương đối lớn (cở kiến thức mơn cơng nghệ 10V) phân tích phân cực + Giã sử miền p dày, n lớp Ghi nhận điện trở R CB cách xa n2 trường hợp Lớp chuyển tiếp n1-p phân cực ngược, điện trở RCB Kết luận điện trở RCB Phân tích phân cực C B lớn lớp Lớp chuyển tiếp p-n2 phân Ghi nhận điện trở R CB cực thuận miền p trường hợp Yêu cầu học sinh dùng Ghi nhận khái niệm kiến thức mơn cơng nghệ n2 không tới lớp chuyển tiếp p-n1, phân tích phân cực lớp dày nên electron từ không ảnh hưởng tới RCB Ghi nhận khái niệm + Giã sử miền p mỏng, n1 15 Kết luận điện trở RCB gần n2 Đại phận dòng electron từ n2 phun sang p tới Giới thiệu hiệu ứng lớp chuyển tiếp n1-p, tiếp tranzito tục chạy sang n1 đến cực C Ghi nhận khái niệm làm cho điện trở RCB giảm Vẽ hình đáng kể Giới thiệu khả Hiện tượng dòng điện chạy khuếch đại tín hiệu điện từ B sang E làm thay đổi nhờ hiệu ứng tranzito Nhận biết cực điện trở RCB gọi hiệu ứng tranzito tranzito Vì đại phận electron từ Thực C3 Giới thiệu tranzito Ghi nhận ứng dụng B mà chạy tới cực C, nên ta Vẽ kí hiệu tranzito n-p- tranzito n n2 phun vào p không chạy có IB