Содержание и методика изучения темы "Электрический ток в полупроводниках" в современной школе
Дипломная работа - Педагогика
Другие дипломы по предмету Педагогика
содержит треугольную стрелку, показывающую направления пропускания тока диодом.
Светодиод - это полупроводниковый прибор, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение,. Физической основой действия светодиодов является рекомбинация свободных электронов и дырок, сопровождающая прямой ток через p-n-переход (под запись). Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями.
Лазерный диод - лазер, в котором активной средой является возбуждаемый объем полупроводника, а рабочей областью -p-n переход, аналогичный p-n переходу обычного светодиода (под запись). В лазерном диоде полупроводниковый кристалл изготавливают в виде очень тонкой прямоугольной пластинки. Такая пластинка является оптическим волноводом, где излучение ограничено в относительно небольшом пространстве. В верхнем слое кристалла создают n-область, а в нижнем слое - p-область. В результате получается плоский p-n переход большой площади. Две боковые стороны кристалла полируются для образования гладких параллельных плоскостей, которые образуют оптический резонатор. Случайный фотон спонтанного излучения, испущенный перпендикулярно этим плоскостям, пройдёт через весь оптический волновод и несколько раз отразится от торцов, прежде чем выйдет наружу. Проходя вдоль резонатора, он будет вызывать вынужденную рекомбинацию, создавая новые и новые фотоны с теми же параметрами, и излучение будет усиливаться (механизм вынужденного излучения). Как только усиление превысит потери, начнётся лазерная генерация.
Лазерные диоды могут быть нескольких типов. У основной их части слои сделаны очень тонкими, и такая структура может генерировать излучение только в направлении, параллельном этим слоям. С другой стороны, если волновод сделать достаточно широким по сравнению с длиной волны, он сможет работать уже на нескольких длинах волн. Такой диод называется многомодовым (англ. "multi-mode"). Применение таких лазеров возможно в тех случаях, когда от устройства требуется высокая мощность излучения, и не ставится условие хорошей сходимости луча (то есть допускается или необходимо его значительное рассеивание). Такими областями применений являются: печатающие устройства, химическая промышленность, накачка других лазеров. С другой стороны, если требуется хорошая фокусировка луча, ширина волновода должна изготавливаться сравнимой с длиной волны излучения. Такие устройства применяются в оптических запоминающих устройствах, лазерных прицелах, а также в оптоволоконной технике. Следует, однако, заметить, что такие лазеры могут поддерживать несколько продольных режимов, то есть могут излучать на разных длинах волн одновременно.
Фотоэлемент - электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию(под запись). Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.
Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны. Энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.
Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП, среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.
Солнечная батарея - один из генераторов альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение в электричество (под запись). Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крыши жилых зданий для нагрева воды, получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применяться для подзарядки электромобилей.
Виды:
.Фотоэлектрические преобразователи - полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество (Солнечные элементы). Несколько объединённых СЭ называются солнечной батареей.
.Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.).
.Солнечные коллекторы (СК) - солнечные нагревательные низкотемпературные установки.
.Органические батареи - устройства преобразующее солнечные лучи в электричество с помощью генетически модифицированных клеток, напечатанных на тонком пластике с проводником.
Закрепление материала.
Давайте рассмотрим некоторые типы задач вст