7. Cấu trúc luận văn
2.3.4. Bài học 45 Dụng cụ bán dẫn( tiết 1)
2.3.4.1. Nội dung bài học và sơ đồ xây dựng nội dung bài học.
* Phát hiện vấn đề:
- Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hớng đồng thời của các electron tự do và lỗ trống dới tác dụng của điện trờng. Đối với bán dẫn loại n, hạt mang điện cơ bản là electron còn lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản; đối với bán dẫn loại p, hạt mang điện cơ bản là lỗ trống còn electron tự do là hạt mang điện không cơ bản.
- Sự xuất hiện các hạt mang điện cơ bản trong các loại bán dẫn phụ thuộc vào tác động từ bên ngoài. (?) vấn đề cần nghiên cứu ở đây là: các loại bán dẫn đó đợc ứng dụng trong thực tế nh thế nào?
* Giải quyết vấn đề và kết quả:
- Lớp tiếp xúc p - n: khi có hai loại bán dẫn n và p tiếp xúc nhau, do mật độ electron tự do và lỗ trống khác nhau trong các bán dẫn khác nhau, các electron tự do và lỗ trống khuyếch tán qua mặt tiếp xúc giữa hai bán dẫn nên ở mặt tiếp xúc của hai bán dẫn hạt mang điện cơ bản giảm đi rất nhanh, do đó độ dẫn điện tại lớp tiếp xúc giảm đi và điện trở của lớp tiếp xúc trở thành rất lớn so với điện trở toàn mẫu bán dẫn.
- Tính dẫn điện một chiều của lớp tiếp xúc p – n (hay hiệu điện thế thuận và hiệu điện thế ngợc):
+ Khi nối cực dơng của nguồn điện với bán dẫn loại p, cực âm với bán dẫn loại n, điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra có hớng từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, làm cho lỗ trống qua lớp tiếp xúc từ p sang n còn electron tự do từ n sang p và ta có dòng điện có cờng độ lớn. Ta gọi là dòng điện thuận, còn hiệu điện thế đặt vào khi đó gọi là hiệu điện thế thuận.
+ Khi nối cực dơng của nguồn điện với bán dẫn loại n, cực âm với bán dẫn loại p, điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra có hớng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, làm cho hạt mang điện cơ bản bị ngăn cản hoàn toàn và không chuyển qua đợc lớp tiếp xúc. Nhng hạt mang điện cơ bản lại không bị ngăn cản: lỗ trống qua lớp tiếp xúc từ n sang p còn electron tự do từ p sang n và ta có dòng điện có c- ờng độ bé. Ta gọi là dòng điện ngợc, còn hiệu điện thế đặt
vào khi đó gọi là hiệu điện thế ngợc.
- ứng dụng (có thể phân chia dụng cụ bán dẫn thành hai loại):
+ Loại dụng cụ hoạt động dựa trên sự dẫn điện riêng của bán dẫn, trong đó số hạt tải điện trong bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ của bán dẫn hoặc ánh sáng chiếu vào bán dẫn: Nhiệt điện trở và quang điện trở.
+ Loại dụng cụ hoạt động dựa trên lớp tiếp xúc p - n: tạo ra điốt bán dẫn, trandito, vi mạch điện tử.
* Tổng kết bài học
- Giải thích sự hình thành lớp tiếp xúc p – n và tính dẫn điện theo một chiều của lớp tiếp xúc p – n.
2.3.4.2. Bài học thiết kế.
2.3.4.2.1. Mục tiêu dạy học. a. Về kiến thức.
Hiểu đợc sự hình thành lớp tiếp xúc p – n và tính dẫn điện theo một chiều của lớp tiếp xúc p – n.
b. Về kỹ năng.
Hiểu đợc nguyên tắc cấu tạo, tác dụng của điốt bán dẫn.
2.3.4.2.2. Công tác chuẩn bị. a. Giáo viên.
- Một vài loại dụng cụ bán dẫn thông
n + p - - + n p Anốt Catốt - +
thờng (điốt, trandito, nhiệt điện trở, quang điện trở…) - Tranh vẽ các hình 45.3; 45.4 SGK.
b. Học sinh.
Ôn lại kiến thức về bản chất dòng điện trong các loại bán dẫn.
2.3.4.2.3. Tiến trình dạy học.
* Tình huống 1: Ôn tập, củng cố trình độ kiến thức xuất phát (5 phút)
- Bản chất dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là gì?
- Thế nào là bán dẫn loại n, bán dẫn loại p. Giải thích sự dẫn điện của hai loại bán dẫn đó.
* Tình huống 2: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu (5 phút)
Tìm hiểu tính chất dẫn điện theo một chiều của lớp tiếp xúc p – n, từ đó đề xuất các ứng dụng của lớp này trong thực tế.
* Tình huống 3: Nghiên cứu tác dụng của lớp tiếp xúc p - n (20 phút) Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Khi cho hai bán dẫn loại n và p tiếp xúc nhau thì ở lớp tiếp xúc có hiện tợng gì theo dự đoán của các em? Tại sao?
Hy vọng rằng học sinh dựa vào bài học dòng nhiệt điện để trả lời đợc câu hỏi trên:
+ Khi cho hai bán dẫn loại n và p tiếp xúc nhau thì hạt mang điện ở hai loại bán dẫn sẽ khuếch tán từ n sang p và ngợc lại.
- Tại sao khi đó tại mặt phân cách lại xuất hiện một điện trờng?
+ Tại mặt phân cách về phía bán dẫn loại n tích điện (+) và điện (-) về phía bán dẫn loại p.
1. Dòng điện qua lớp tiếp xúc p - n
a. Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n
- Khi cho hai bán dẫn loại n và p tiếp xúc nhau thì hạt mang điện ở hai loại bán dẫn sẽ khuếch tán từ n sang p và ngợc lại → tại mặt phân cách về phía bán dẫn loại n tích điện (+) và điện (-) về phía bán dẫn loại p
khi đó, xuất hiện một điện trờng ngay ở lớp tiếp xúc, điện trờng này có hớng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p.
- Điện trờng này có tác dụng nh thế nào đối với sự khuyếch tán của các hạt mang điện cơ bản từ phần này sang phần kia?
+ Vì electron mang điện âm, lỗ trống mang điện dơng, do đó điện trờng có tác dụng ngăn cản sự khuyếch tán này.
- Khi nào sự khuyếch tán đó dừng lại và khi đó độ dẫn điện tại lớp tiếp xúc có đặc điểm gì?
+ Khi điện trờng đủ lớn nó ngăn cản hoàn toàn sự khuyếch tán trên. Do sự khuyếch tán đó mà ở sát hai bên của lớp tiếp xúc số hạt mang điện cơ bản giảm đi rất nhanh, do đó, độ dẫn điện tại lớp tiếp xúc giảm đi và điện trở của lớp tiếp xúc trở thành rất lớn so với điện trở toàn bộ mẫu bán dẫn.
- Khi nối hai đầu của mẫu bán dẫn đó vào nguồn điện rhì dòng điện qua lớp tiếp xúc có tính chất nh thế nào?
+ Nối cực dơng với bán dẫn loại p, cực âm với bán dẫn loại n: Khi đó điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra có hớng từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, làm cho lỗ trống chuyển
tiếp xúc hớng từ bán dẫn n sang bán dẫn p, khi điện trờng đạt đến một giá trị xác định thì sự khuếch tán ngừng lại
- Điện trở lớp tiếp xúc rất lớn so với toàn mẫu bán dẫn
b. Tính dẫn điện một chiều của lớp tiếp xúc p - n
- Nối cực dơng với bán dẫn loại p, cực âm với bán dẫn loại n : Dòng điện thuận, hiệu điện thế
qua lớp tiếp xúc từ phần p sang phần n, còn electron tự do thì từ n sang p và ta có dòng điện có cờng độ lớn.
+ Nối cực dơng với bán dẫn loại n, cực âm với bán dẫn loại p: Khi đó điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra bây giờ lại có hớng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, làm cho hạt mang điện cơ bản bị ngăn cản hoàn toàn và không chuyển qua lớp tiếp xúc. Nhng các hạt mang điện không cơ bản lại không bị ngăn cản: lỗ trống từ phần n sang phần p, còn electron tự do thì từ p sang n. Vì mật độ hạt mang điện không cơ bản là rất nhỏ nên dòng điện do chúng gây ra là rất nhỏ.
- GV kết luận: Khi nối cực dơng với bán dẫn loại p, cực âm với bán dẫn loại n : Dòng điện thuận, hiệu điện thế thuận. Khi nối cực dơng với bán dẫn loại n, cực âm với bán dẫn loại p : dòng điện ngợc, hiệu điện thế ngợc. Vậy lớp tiếp xúc p – n có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều từ p sang n
thuận
- Nối cực dơng với bán dẫn loại n, cực âm với bán dẫn loại p : Dòng điện ngợc, hiệu điện thế ngợc
* Vậy lớp tiếp xúc p – n có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều từ p sang n
* Tình huống 4: Nêu ứng dụng của lớp tiếp xúc p - n (10 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Dòng điện qua lớp tiếp xúc p – n tơng đơng với dòng điện trong môi trờng nào ta đã biết? + Tơng tự dòng điện trong chân không đó là chỉ tuân theo một chiều từ anốt sang catốt.
2. Dụng cụ bán dẫn
a. Điot bán dẫn và Trandito
- Điot bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc p –
- Qua bài dòng điện trong chân không, yêu cầu học sinh thử đề xuất ứng dụng của lớp tiếp xúc p – n để chế tạo dụng cụ gì?
Hy vọng rằng qua bài dòng điện trong chân không và kiến thức có đợc, học sinh đề xuất đợc ứng dụng của lớp tiếp xúc p – n:
+ Chế tạo ra điốt bán dẫn dùng để chỉnh lu dòng điện xoay chiều.
GV nói thêm: Trong các sơ đồ mạch điện, điốt bán dẫn có sơ đồ nh hình 45.4 SGK; qua sơ đồ đó, có thể hình dung ngay chiều dòng điện thuận qua điốt.
- So sánh sự tiện lợi của điốt bán dẫn và điốt điện tử?
+ Điốt bán dẫn: chế tạo đơn giản, gọn nhẹ, tốn ít vật liệu, vật liệu chế tạo rẻ tiền, dễ tìm, khi hoạt động hầu nh không hao tổn năng lợng…Điốt điện tử: chế tạo phức tạp, cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu, vật liệu đắt tiền, khi hoạt động thì hao tổn nhiều năng lợng…
n vì vậy có tính dẫn điện u tiên theo một chiều
- ứng dụng: Chỉnh lu dòng điện xoay chiều.
* Tình huống 5: Củng cố kiến thức, giao nhiệm vụ về nhà (5 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Nh vậy, chúng ta đã tìm hiểu đợc tính chất dẫn điện theo một chiều của lớp tiếp xúc p – n, từ đó đề xuất đợc một ứng dụng của lớp này trong
- ở trên ta mới xét đến ứng dụng của một lớp tiếp xúc p – n, trong thực tế ngời ta có thể gép hai, ba… lớp tiếp xúc p – n lại với nhau. Khi đó, ta có đợc các dụng cụ gì? ứng dụng, tác dụng của các dụng cụ đó?
nghiên cứu ở tiết sau.