- 7 3* Điểm cỏ nhõn đƣợc tớnh nhƣ sau:
3.7.1. Phõn tớch hoạt động dạy học bài “Dũng điện trong chất bỏn dẫn”
Đối với bài học về “Dũng điện trong chất bỏn dẫn” chỳng tụi tiến hành tổ chức dạy học giải quyết vấn đề theo đỳng nội dung chƣơng trỡnh.
* Mục đớch của bài là trờn cơ sở HS đó biết đƣợc sự hỡnh thành và bản chất của dũng điện trong kim loại, chất điện phõn, trong chõn khụng và chất khớ HS thấy đƣợc tớnh chất điện đặc biệt của chất bỏn dẫn.
* Trƣớc khi vào bài mới chỳng tụi tiến hành kiểm tra bài cũ, yờu cầu HS nhớ lại cỏc kiến thức về dũng điện trong kim loại, trong chất điện phõn và trong chất khớ, phõn biệt bản chất của dũng điện trong cỏc mụi trƣờng đú. Chỳng tụi đó nờu ra hai cõu hỏi nhƣ sau:
- Nờu cỏc đại lượng đặc trưng cho tớnh dẫn điện của mụi trường? đại lượng đú phụ thuộc vào cỏc yếu tố nào?
- 82 -
- So sỏnh bản chất của dũng điện trong kim loại, trong chất điện phõn và trong chất khớ, giải thớch sự phụ thuộc điện trở của kim loại và của chất điện phõn vào nhiệt độ?
--> Với cõu hỏi đầu tiờn, HS trả lời cú phần lỳng tỳng, chỳng tụi đó gợi ý để HS đƣa ra đƣợc đại lƣợng đặc trƣng cho tớnh dẫn điện của một mụi trƣờng là độ dẫn điện. Từ đú HS đó nờu đƣợc sự phụ thuộc của độ dẫn diện phụ thuộc vào bản chất của từng mụi trƣờng, nhiệt độ của mụi trƣờng.
--> Với cõu hỏi tiếp theo HS đó so sỏnh đƣợc sự khỏc nhau về bản chất của dũng điện trong ba mụi trƣờng đó cho về số hạt tải điện và bản chất của cỏc hạt tải điện. Ngoài ra HS cũn nờu thờm đƣợc sự khỏc nhau về độ dẫn điện của ba mụi trƣờng và nhiệt độ cú sự khỏc nhau. HS cũng nờu đƣợc sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại và chất điện phõn vào nhiệt độ và thấy đƣợc sử phụ thuộc này cú sự trỏi ngƣợc nhau.
Trờn cơ sở cõu trả lời của HS chỳng tụi đó đề xuất vấn đề vào bài mới.
Chỳng ta cũn đƣợc biết một số chất cú tớnh chất điện rất đặc biệt, sự phụ của điện trở vào nhiệt độ khụng giống nhƣ cỏc mụi trƣờng đó học. Đú là mụi trƣờng cỏc chất bỏn dẫn, nhờ tớnh chất điện đặc biệt chất bỏn dẫn cú rất nhiều ứng dụng đặc biệt nú cú mặt trong hầu hết cỏc thiết bị điện tử. Nú đƣợc ứng dụng trong hầu hết cỏc lĩnh vực nhất là trong thời đại phỏt triển nhƣ vũ bóo về cụng nghệ thụng tin.
HS tiếp nhận thụng tin và nắm đƣợc mục đớch yờu cầu của bài học.
* Nội dung thứ nhất: Tớnh chất điện của bỏn dẫn.
- Chỳng tụi đó yờu cầu HS đọc tài liệu để chỉ ra một số vớ dụ về một số chất bỏn dẫn. Sau khi HS đó đƣa ra đƣợc một số chất bỏn dẫn chỳng tụi đó lƣu ý cho HS chất bỏn dẫn điển hỡnh mà chỳng ta hay dựng nhất: đú là Si, Ge
- Sau đú chỳng tụi đặt cõu hỏi: Tớnh chất đặc biệt của chất bỏn dẫn đƣợc thể hiện nhƣ thế nào?
- 83 -
♦ Điện trở suất của chất bỏn dẫn cú giỏ trị trung bỡnh giữa kim loại và điện mụi. Chỳng tụi đó lƣu ý sự phõn chia này cú tớnh chất tƣơng đối, khụng cú ranh giới rừ ràng.
♦ Điện trở suất của chất bỏn dẫn tinh khiết giảm mạch khi nhiệt độ tăng, khi ở nhiệt độ thấp bỏn dẫn dẫn điện kộm (giống nhƣ điện mụi), cũn ở nhiệt độ cao bỏn dẫn dẫn điện khỏ tốt (giống nhƣ kim loại).
Chỳng tụi hƣớng dẫn HS nhắc lại và giải thớch sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại và chất điện phõn vào nhiệt độ và đặt cõu hỏi: Phải chăng chất bỏn dẫn cú cấu trỳc nhƣ chất điện phõn ?
HS đó nhắc lại và giải thớch đƣợc sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại và chất điện phõn vào nhiệt độ, tuy nhiờn vẫn cũn lỳng tỳng khi núi về cấu trỳc của chất bỏn dẫn.
♦ Tớnh chất điện của chất bỏn dẫn phụ rất mạnh vào sự cú mặt của cỏc tạp chất cú trong mạng tinh thể bỏn dẫn.
* Nội dung thứ hai: Sự dẫn điện của chất bỏn dẫn tinh khiết.
- Trƣớc hết chỳng tụi yờu cầu HS nờu ra thế nào là chất bỏn dẫn tinh khiết? Vấn đề này tƣơng đối đơn giản nờn HS cú cõu trả lời ngay. Và do vậy chỳng tụi đặt ra vấn đề xột chất bỏn dẫn điển hỡnh đú là silớc(Si).
- Bằng cỏc kiến thức HS đó biết chỳng tụi yờu cầu HS nhắc lại cấu trỳc của tinh thể Si.
♦ Với cõu hỏi này một số HS khụng trả lời đƣợc. Chỳng tụi đó gợi ý để cỏc em đều biết đƣợc cấu trỳc của tinh thể Si.
Sau đú chỳng tụi nờu nhận xột: Si là nguyờn tố húa trị 4 (cú 4 electron lớp ngoài cựng). Khi tạo thành mạng tinh thể mỗi nguyờn tử Si liờn kết với 4 nguyờn tử Si lõn cận bởi liờn kết cộng húa trị. Do đú, liờn kết giữa cỏc nguyờn tử trong mạng tinh thể Si rất bền vững.
- Tiếp theo chỳng tụi đặt ra cõu hỏi: Mạng tinh thể Silic cú gỡ khỏc nhau khi ở nhiệt độ thấp và ở nhiệt độ cao ?
- 84 -
♦ Đối với cõu hỏi này HS rất dễ dàng trả lời đƣợc, do vậy cỏc em đều hiểu đƣợc tớnh bền vững liờn kết của cỏc nguyờn tử phụ thuộc vào nhiệt độ. Trờn cơ sở thuyết electron, HS đó giải thớch đó giải thớch sự phụ thuộc đú
- Ở nhiệt độ thấp (gần 0K) cỏc electron húa trị liờn kết chặt chẽ với cỏc nguyờn tử nỳt mạng. Do đú trong mạng tinh thể Si khụng cú cỏc hạt tải điện tự do, nờn bỏn bẫn Si là điện mụi.
- Ở nhiệt độ tƣơng đối cao, nhờ chuyển động nhiệt của cỏc phõn tử, một số electron húa trị thu thờm năng lƣợng, giải phúng khỏi liờn kết, trở thành cỏc electron tự do. Chỳng cú thể tham gia và sự dẫn điện. Đồng thời ở mối liờn kết đú mất một electron mang điện tớch nguyờn tố dƣơng gọi là lỗ trống. Cỏc lỗ trống đƣợc thay thế vị trớ cho nhau (coi nhƣ chỳng dịch chuyển) cũng tham gia vào quỏ trỡnh dẫn điện.
- Vậy ở nhiệt độ cao cú sự phỏt sinh ra cỏc cặp electron - lỗ trống.
Với kiến thức này hầu hết HS chỉ chỳ ý đến sự xuất hiện electron mà khụng để ý đến sự tạo thành của cỏc lỗ trống.
Sau đú cho HS quan sỏt mụ hỡnh cấu trỳc của chất bỏn dẫn tinh khiết Si và sự hỡnh thành cỏc hạt tải điện của chất bỏn dẫn này.
- Chỳng tụi lại hỏi tiếp: Đối với chất bỏn dẫn nhất định, mật độ của cỏc hạt tải điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?
♦ Với cõu hỏi này chỳng tụi thấy HS hơi lỳng tỳng, và sau một thời gian thỡ HS cũng tỡm đƣợc cõu trả lời. Tuy nhiờn GV cũng cần nhấn mạnh ở nhiệt độ nhất định, mật độ của cỏc hạt tải điện gần nhƣ khụng đổi, nhiệt độ càng cao thỡ mật độ của cỏc hạt tải điện càng tăng lờn làm cho độ dẫn điện của nú tăng lờn.
- Chỳng tụi đó gợi ý để HS tỡm hoặc đề xuất một số ứng dụng của chất bỏn dẫn trờn cơ sự phụ thuộc vào nhiệt độ của nú.
♦ Ngoài ứng dụng trong SGK HS cũn đƣa thờm một số ứng dụng khỏc nhƣ: pin nhiệt điện bỏn dẫn, cỏc mạch tự động bỏo chỏy...
- Chỳng tụi đó đề xuất thờm: Cũn cỏch nào khỏc cú thể làm xuất hiện cỏc electron và cỏc lỗ trống dẫn?
- 85 -
♦ Với phần này do HS đọc tài liệu học SGK và trả lời một cỏch dễ dàng
* Nội dung thứ ba: Sự dẫn điện của chất bỏn dẫn tạp chất.
- GV thụng bỏo về tớnh chất điện đặc biệt của chất bỏn dẫn cú tạp chất. Cú hai loại bỏn dẫn tạp. Bỏn dẫn tạp loại n và bỏn dẫn tạp loại p.
- GV hƣớng dẫn HS nghiờn cứu tài liệu SGK sau đú yờu cầu HS trỡnh bày sự tạo thành bỏn dẫn tạp loại n, nờu bản chất của hạt tải điện cơ bàn và khụng cơ bản trong bỏn dẫn tạp loại n.
♦ Với cõu hỏi này HS đó biết về cấu trỳc tinh thể của mạng silic và do vậy học sinh hiểu đƣợc sự xuất hiện của tạp chất hoỏ trị 5 khi liờn kết mạng với silic mỗi nguyờn tử tạp chất thừa một electron liờn kết yếu, nờn trở thành cỏc electron và do vậy HS cũng thấy đƣợc hạt tải điện cơ bản của tạp chất loại này là cỏc electron, hạt tải điện khụng cơ bản là lỗ trống.
+ Tƣơng tự nhƣ vậy, với lụgic nhận thức nhƣ trờn HS phõn tớch đƣợc sự hỡnh thành và bản chất của cỏc hạt tải điện cơ bản và khụng cơ bản của bỏn dẫn tạp chất loại p.
* Nội dung thứ tư: Lớp chuyển tiếp p – n
Sau khi HS đó làm rừ bản chất của cỏc hạt tải điện của lớp bỏn dẫn loại p và loại n tiếp tục xột đặc tớnh của dũng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
Hỡnh 3.1. Học sinh thảo luận về sự hỡnh thành dũng điện trong bỏn dẫn tạp loại n
- 86 -
- Đối với nội dung này chỳng tụi đó chia lớp thành 4 nhúm theo bàn cựng nghiờn cứu độc lập và đề xuất hai vấn đề cần thảo luận: Sự hỡnh thành của lớp chuyển tiếp p - n đặc biệt chỳ ý đến sự khuếch tỏn của cỏc hạt tải điện cơ bản và khụng cơ bản qua lớp tiếp giỏp p - n, sự hỡnh thành và đặc tớnh của dũng điện qua lớp chuyển tiếp p-n.
- Chỳng tụi đó nờu hai nhiệm vụ cho 4 nhúm:
NV1- Hóy cho biết hiện tƣợng sẽ xảy ra nhƣ thế nào ở vựng tiếp giỏp khi cho hai miền bỏn dẫn loại p và loại n tiếp xỳc với nhau?
NV2- Cú thể cú những cỏch mắc nhƣ thế nào? dũng điện qua lớp chuyển tiếp p-n cú đặc điểm nhƣ thế nào?
Sau đú chỳng tụi đó cử hai nhúm đại diện nờu nhận xột từng nội dung, hai nhúm cũn lại nhận xột và bổ sung cho cõu trả lời của hai nhúm trƣớc.
♦ Đối với phần này cỏc nhúm đều đƣa ra đƣợc hai cỏch mắc phõn cực thuận và cỏch mắc phõn cực ngƣợc. Trong cỏch mắc phõn cực thuận dũng điện chạy qua cú cƣờng độ lớn gọi là dũng điện thuận và cỏch mắc phõn cực ngƣợc dũng điện chạy qua cú cƣờng độ nhỏ gọi là dũng điện nghịch.
- Cuối cựng chỳng tụi đó thể chế hoỏ kiến thức và rỳt ra nhận xột về đặc tớnh của dũng điện qua lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p sang n. Lớp chuyển tiếp cú tớnh chất chỉnh lƣu.
Hỡnh 3.2 Đại diện nhúm 2 trỡnh bày đặc điểm của dũng điện qua lớp chuyển tiệp p-n
- 87 -
Để khảo sỏt dũng điện chạy qua lớp tiếp giỏp p-n phụ thuộc vào hiệu điện thế, chỳng tụi đó tiến hành làm thớ nghiệm và thu đƣợc kết quả. Thụng qua bảng kết quả số liệu yờu cầu cỏc nhúm vẽ đƣờng đặc trƣng Vụn-Ampe của lớp chuyển tiếp p-n, đại diện nhúm trỡnh bày trƣớc lớp.
Cuối cựng chỳng tụi đó đƣa 4 bài tập để củng cố cỏc kiến thức đó tiếp thu đƣợc Cõu 1. Cõu nào dƣới đõy núi về hạt tải điện trong cỏc mụi trƣờng khụng đỳng?
A. Trong mụi trƣờng dẫn điện, hạt tải điện cú thể là cỏc hạt mang điện õm hoặc dƣơng (ờlectron, ion dƣơng, ion õm...)
B. Trong kim loại, hạt tải điện là ion dƣơng tự do (*) C. Trong chất lỏng, hạt tải điện là ion dƣơng và ion õm. D. Trong chất khớ, hạt tải điện là ion dƣơng và ờlectron tự do.
Với cõu hỏi này nhằm mục đớch giỳp HS nhận xột một cỏch tổng quỏt về bản chất của cỏc hạt tải điện. Với cõu hỏi hỏi này cỏc em đều chọn đƣợc đỏp ỏn đỳng.
Với cõu thứ hai nhằm mục đớch nhắc lại của dũng điện trong chất bỏn dẫn, tớnh chất điện của bỏn dẫn của chất bỏn dẫn.
Cõu 2. Phỏt biểu nào sau đõy về đặc điểm của chất bỏn dẫn là khụng đỳng? A. Điện trở suất của chất bỏn dẫn lớn hơn so với kim loại nhƣng nhỏ hơn so với chất điện mụi.
B. Điện trở suất của chất bỏn dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. C. Điện trở suất phụ thuộc rất mạnh vào hiệu điện thế. (*)
D. Tớnh chất điện của bỏn dẫn phụ thuộc nhiều vào cỏc tạp chất cú mặt trong tinh thể.
Cõu 3. Khi lớp tiếp xỳc p-n đƣợc phõn cực thuận, điện trƣờng ngoài cú tỏc dụng: A. Tăng cƣờng sự khuếch tỏn của cỏc khụng hạt cơ bản.
B. Tăng cƣờng sự khuếch tỏn cỏc lỗ trống từ bỏn dẫn n sang bỏn dẫn p. C. Tăng cƣờng sự khuếch tỏn cỏc electron từ bỏn dẫn n sang bỏn dẫn p. (*) D. Tăng cƣờng sự khuếch tỏn cỏc electron từ bỏn dẫn p sang bỏn dẫn n
- 88 -
Sang cõu hỏi thứ 3 nhiều HS lỳng tỳng về chuyển dời của cỏc hạt cơ bản và khụng cơ bản khuếch tỏn qua lớp chuyển tiếp p-n.
Cõu 4. Chọn phỏt biểu đỳng trong cỏc cõu sau.
A. Chất bỏn dẫn loại n nhiễm điện õm do số hạt electron tự do nhiều hơn cỏc lỗ trống.
B. Khi nhiệt độ càng cao thỡ chất bỏn dẫn nhiễm điện càng lớn.
C. Khi mắc phõn cực ngƣợc vào lớp tiếp xỳc p-n thỡ điện trƣờng ngoài cú tỏc dụng tăng cƣờng sự khuếch tỏn của cỏc hạt cơ bản.
D. Dũng điện thuận qua lớp tiếp xỳc p - n là dũng khuếch tỏn của cỏc hạt cơ bản. (*)
(Đỏp ỏn đỳng cú ký hiệu (*)).
Sau khi củng cố cỏc bài tập chỳng tụi hệ thống lại toàn bộ cỏc kiến của bài học, giao bài tập về nhà gồm cỏc bài 7, 8 SGK, BT định lƣợng: 29.19, 29.20 SBT.