Содержание и методика изучения темы "Электрический ток в полупроводниках" в современной школе
Дипломная работа - Педагогика
Другие дипломы по предмету Педагогика
лектронно-дырочными переходами, ток которого увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.
Принцип действия. При освещении прибора (Ф > 0) в базе в результате собственного поглощения образуются пары зарядов. Дырки - неосновные носители - диффундируют к коллекторному переходу и выбрасываются в коллектор, увеличивая ток в его цепи, подобно тому, как это происходит в фотодиоде. Образовавшиеся электроны - основные носители базовой области - не могут покинуть базу, так как базовый вывод отсутствует. Скапливаясь в базе, они увеличивают отрицательный объемный заряд, в том числе и у эмиттерного перехода. В результате потенциальный барьер у этого перехода снижается и развивается диффузионный поток дырок из эмиттера в базу. Дырки, диффундируя в толще базы, подходят к коллекторному переходу и выбрасываются полем этого перехода в коллектор. Таким образом, генерируемые в базе при ее освещении носители зарядов не только непосредственно участвуют в создании фототока через коллекторный переход, но и стимулируют в приборе физические процессы, обусловливающие протекание тока как в обычном транзисторе. Для тока в фототранзисторе, следовательно, можно записать:
Вольт-амперные характеристики фототранзистора напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но параметром здесь служит не ток Iб, а световой поток Ф. Крутой начальный участок этих характеристик соответствует режиму насыщения: при малых Uкэ коллекторный переход, как и в биполярном транзисторе, за счет накопления дырок в коллекторе открывается. Наклон характеристик к оси абiисс в их пологой части объясняется, так же как и для биполярного транзистора, эффектом модуляции ширины базы.
Энергетические характеристики фототранзисторов, как и фотодиода, линейны. С увеличением напряжения ?n фототок несколько увеличивается вследствие модуляции ширины базы. Одним из важнейших параметров фототранзистора служит коэффициент усиления по фототоку фототранзистора - отношение фототока коллектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку освещаемого р-n перехода, измеренному в диодном режиме.
Разновидности транзисторов
Полупроводниковые "глаза"
Луч света, падающий на полупроводник, переводит часть электронов из валентной зоны в зону проводимости и, следовательно, увеличивает электропроводность полупроводника.
Давно уже перестали быть редкостью прочные и миниатюрные полупроводниковые "глаза" - фотосопротивления, или фоторезисторы. Они идут в технику на смену хрупким и дорогим стеклянным фотоэлементам и надежно работают в различных автоматических устройствах. Можно, например, заставить падать на фотосопротивление тень от деталей, проходящих по заводскому конвейеру, и таким образом подсчитать количество выпущенных деталей, оценить качество шлифовки, окраски изделия. Часто применяются фотосопротивления в устройствах техники безопасности. Стоит рабочему случайно попасть рукой в опасное место машины, как на фотосопротивление падает тень, и ток, текущий через него, прекращается, что служит командой для немедленной автоматической остановки машины.
Фотосопротивления, как и термисторы, могут обладать очень высокой чувствительностью. Прибавьте к этому надежность и прочность, и вы поймете, как ценны эти приборы для техники.
Глава 2. Методика изучения темы
Изучение темы "ток в полупроводниках" необходимо начинать с изучения физических свойств полупроводников и механизмов электропроводности в них. Если ток в металлах и электролитах обусловлен наличием там свободных электронов или ионов, что просто постулируется, то для понимания эффектов в полупроводниках необходимо изучить механизмы генерации, рекомбинации и движения свободных носителей заряда. Подлежащий изучению материал оказывается очень большим по объему. Определение и минимизация этого материала составляет содержание данной главы.
Материал, касающийся принципов работы наиболее распространенных электронных приборов, изложен в первой главе настоящей работы. При изучении темы "Ток в полупроводниках" этот материал должен следовать за подтемой "Электрофизические свойства полупроводников"
Возможно, что предложенный материал будет избыточным. В этом случае его можно подвергнуть дополнительному сокращению за счет отбрасывания промежуточных выкладок.
2.1 Электрофизические свойства полупроводников
2.1.1 Общие сведения о полупроводниках
Полупроводниками являются вещества, занимающие по величине удельной электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Они обладают рядом специфических свойств, резко отличающих их от проводников и диэлектриков, основным из которых является сильная зависимость удельной проводимости от воздействия внешних факторов (температуры, света, электрического поля и др.). К полупроводникам относятся элементы четвертой группы периодической таблицы Менделеева, а также химические соединения элементов третьей и пятой групп типа AIII BV (GaAs, InSb) и второй и шестой групп типа AII B VI ( CdS, BbS, CdFe). Ведущее место среди полупроводниковых материалов, используемых в полупроводниковой электронике, занимают кремний и арсенид галлия GaAs.
Курс изучения темы начинается с определения, полупроводники - это вещества, электропроводность которых при комнатной температуре им