Giáo án Vật lý 11 bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn

GIÁO ÁN VẬT LÝ 11 DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN I MỤC TIÊU: + Biết chất bán dẫn; Nêu đặc điểm chất bán dẫn + Nắm chất dòng điện chất bán dẫn + Hiểu bán dẫn loại n bán dẫn + Lớp chuyển tiếp p-n ? + Hiểu cấu tạo nguyên tắc hoạt động Tranzito n-p-n; p-n-p II CHUẨN BỊ: Giáo viên: + Chuẩn bị hình 17.1 bảng 17.1 sgk giấy to + Chuẫn bị số linh kiện bán dẫn thường dùng điơt bán dẫn, tranzito, LED, … Nếu có linh kiện hỏng bóc vỏ học sinh xem miếng bán dẫn linh kiện Học sinh: Ôn tập kiến thức quan trọng chính: + 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 DẠY – HỌC Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Hoạt động (5 phút) : Kiểm tra cũ Nêu đại lượng đặc trưng cho tính dẫn diện mơi trường chân khơng Bản chất dòng Nội dung điện chân không Hoạt động (10 phút) : Tìm hiểu chất bán dẫn tính chất I Chất bán dẫn tính chất Yêu cầu học sinh cho Cho biết có Chất bán dẫn chất có điện biết gọi chất chất gọi trở suất nằm khoảng bán dẫn bán dẫn trung gian kim loại chất điện môi Giới thiệu số bán Ghi nhận vật liệu dẫn thông dụng bán dẫn thông dụng, điển hình Giới thiệu đặc điểm bán dẫn tinh Ghi nhận đặc khiết bán dẫn có pha điểm bán dẫn tinh tạp chất khiết bán dẫn có pha tạp chất Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu gecmani silic + Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất chất bán dẫn siêu tinh khiết lớn Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm + Điện trở suất chất bán dẫn giảm mạnh pha tạp chất + Điện trở bán dẫn giảm đáng kể bị chiếu sáng bị tác dụng tác nhân ion hóa khác Hoạt động (15 phút) : Tìm hiểu hạt tải điện chất bán dẫn, bán dẫn loại n bán dẫn loại p II Hạt tải điện chất bán dẫn, bán dẫn loại n bán dẫn loại p Giới thiệu bán dẫn loại n bán dẫn loại p Bán dẫn loại n bán dẫn Ghi nhận hai loại bán loại p Yêu cầu học sinh thử dẫn nêu cách nhận biết loại bán dẫn Nêu cách nhận biết Giới thiệu hình loại bán dẫn thành electron dẫn lỗ trống bán dẫn tinh khiết Ghi nhận hình Yêu cầu học sinh nêu thành electron dẫn lỗ chất dòng điện trống bán dẫn bán dẫn tinh tinh khiết khiết Nêu chất dòng điện bán dẫn tinh khiết Giới thiệu tạp chất cho hình thành bán dẫn loại n Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi bán dẫn loại n Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi bán dẫn loại p Electron lỗ trống Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện electron lỗ trống Dòng điện bán dẫn dòng electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường dòng lỗ trống chuyển động chiều điện trường Tạp chất cho (đôno) tạp chất nhận (axepto) + Khi pha tạp chất nguyên tố có năm electron hóa Ghi nhận khái niệm trị vào tinh thể silic Yêu cầu học sinh giải nguyên tử tạp chất thích tạo nên cho tinh thể electron dẫn electron dẫn bán Ta gọi chúng tạp chất cho dẫn loại n Giải thích tạo nên hay đơno Bán dẫn có pha electron dẫn bán đôno bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu electron Giới thiệu tạp chất dẫn loại n + Khi pha tạp chất nhận hình thành ngun tố có ba electron hóa bán dẫn loại p trị vào tinh thể silic nguyên tử tạp chasats Ghi nhận khái niệm nhận electron liên kết Yêu cầu học sinh thực sinh lỗ trống, nên C1 gọi tạp chất nhận hay axepto Bán dẫn có pha axepto Thực C1 bán đãn loại p, hạt tải điện chủ yếu lỗ trống Hoạt động (15 phút) : Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p-n III Lớp chuyển tiếp p-n Giới thiệu lớp chuyển tiếp p-n Ghi nhận khái niệm Ghi nhận khái niệm Giới thiệu lớp nghèo Giải tích lớp Yêu cầu học sinh giải chuyển tiếp p-có tích lớp hạt tải điện chuyển tiếp p-có hạt tải điện Thực C2 Yêu cầu học sinh thực C2 Ghi nhận khái niệm Giới thiệu dẫn điện chủ yếu theo chiều lớp chuyển tiếp pn Ghi nhận tượng Giới thiệu tượng phun hạt tải điện Lớp chuyển tiếp p-n chổ tiếp xúc miền mang tính dẫn p miền mang tính dẫn n tạo tinh thể bán dẫn Lớp nghèo Ở lớp chuyển tiếp p-n khơng có có hạt tải điện, gọi lớp nghèo Ở lớp nghèo, phía bán dẫn n có ion đơno tích điện dương phía bán dẫn p có ion axepto tích điện âm Điện trở lớp nghèo lớn Dòng điện chạy qua lớp nghèo Dòng diện chạy qua lớp nghèo 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 Hiện tượng phun hạt tải điện Khi dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, hạt tải điện vào lớp nghèo tiếp sang miền đối diện Đó phun hạt tải điện Hoạt động (15 phút) : Tìm hiểu điơt bán dẫn mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn IV Điôt bán dẫn mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn Giới thiệu điôt bán dẫn Yêu cầu học sinh nêu công dụng điôt bán dẫn Vẽ mạch chỉnh lưu 17.7 Giới thiệu hoạt động mạch Ghi nhận linh kiện Điôt bán dẫn thực chất Nêu công dụng lớp chuyển tiếp p-n Nó cho dòng điện qua theo điơt bán dẫn chiều từ p sang n Ta nói điơt bán dẫn có tính chỉnh lưu Nó dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều Xem hình 17.7 Ghi thành dòng điện chiều nhận hoạt động chỉnh lưu mạch Hoạt động (20 phút) : Tìm hiểu cấu tạo nguyên lí hoạt động tranzito lưỡng cực n-p-n V Cấu tạo nguyên lí hoạt động tranzito lưỡng cực n-p-n Hiệu ứng tranzito Vẽ hình 17.8 Vẽ hình Xét tinh thể bán dẫn Giới thiệu cực Ghi nhận cực có tạo miền p, điện đặt vào điện đặt vào hai miền n1 n2 Mật độ electron miền n2 lớn cực cực so với mật độ lỗ trống miền p Trên miền có Trình bày phương án đưa tình để đến khái niệm hiệu ứng tranzito hàn điện cực C, B, E Điện cực E, B, C giữ Theo dõi, phân tích để giá trị VE = 0, VB vừa đủ hiểu khái niệm để lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn (cở 10V) + Giã sử miền p dày, n cách xa n2 Phân tích phân cực Lớp chuyển tiếp n1-p phân lớp cực ngược, điện trở RCB Yêu cầu học sinh C B lớn phân tích phân cực lớp Lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận miền p Ghi nhận điện trở dày nên electron từ n2 RCB trường hợp không tới lớp chuyển tiếp p-n1, khơng ảnh Kết luận điện trở hưởng tới RCB RCB Phân tích phân cực + Giã sử miền p mỏng, n gần n2 lớp Ghi nhận điện trở Đại phận dòng electron từ Yêu cầu học sinh RCB trường hợp n2 phun sang p tới lớp phân tích phân cực chuyển tiếp n1-p, tiếp tục lớp chạy sang n1 đến cực C làm Ghi nhận khái niệm cho điện trở RCB giảm đáng Kết luận điện trở kể RCB Giới thiệu hiệu ứng tranzito Ghi nhận khái niệm Hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi hiệu ứng tranzito Vì đại phận electron từ n phun vào p không chạy B Giới thiệu khả khuếch đại tín hiệu điện nhờ hiệu ứng tranzito mà chạy tới cực C, nên ta có IB