Előadás a következő témában: "vezetők és dielektrikumok". Előadás a következő témában: "vezetők és dielektrikumok" A dielektrikum gyengíti a külső elektromos mezőt

• Mi az elektromos mező?
• Nevezze meg az elektrosztatikus tér főbb tulajdonságait!
• Mi generálja az elektromos teret?
• Mit nevezünk elektromos térerősségnek?
• Milyen elektromos teret nevezünk egységesnek?
• Hogyan érhető el egyenletes elektromos mező?
• Hogyan irányulnak az egyenletes elektromos tér erővonalai?
• Hogyan lehet kiszámítani a ponttöltés által létrehozott elektromos térerősséget?

Vezetők és dielektrikumok elektrosztatikus térben

Az előadás vázlata:

• 1. Vezetők és dielektrikumok.
• 2. Vezetők elektrosztatikus térben.
• 3. Dielektrikumok elektrosztatikus térben.

Kétféle dielektrikum.

• 4. Dielektromos állandó.

Fémek szerkezete

Az utolsó elektron gyengén vonzódik az atommaghoz, mert:

• messze a magtól
• 10 elektron taszítja a tizenegyediket

az utolsó elektron elhagyja az atommagot és szabaddá válik

anyagok vezetőképesség szerint

karmesterek

• karmesterek

dielektrikumok

ezek olyan anyagok, amelyek nem vezetik az elektromosságot

nincs ingyenes díj

ezek olyan anyagok, amelyek elektromos áramot vezetnek

ingyenes díjak vannak

Fémek szerkezete

Fémek szerkezete

E belső

E külső = E belső

Fém vezető elektrosztatikus térben

E külső = E belső

E általában =0

KÖVETKEZTETÉS:

A vezető belsejében nincs elektromos tér.

A vezető teljes statikus töltése a felületén koncentrálódik.

Dielektromos szerkezet

konyhasó molekula szerkezete

elektromos dipólus -

két egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű ponttöltés gyűjteménye.

A poláris dielektrikum szerkezete

Dielektrikum elektromos térben

E belső E külső .

E ext.

E belső

KÖVETKEZTETÉS:

A DIELEKTROMOS GYENGÍTI A KÜLSŐ ELEKTROMOS MEZŐT

Galimurza S.A.

A közeg dielektromos állandója

Elektromos térerősség vákuumban

Elektromos térerősség dielektrikumban

A közeg dielektromos állandója

E O

A könyvtárba:

• Coulomb törvénye:
• Ponttöltés által létrehozott elektromos térerősség:

q 1 q 2

r

2

q

r

2

Mik azok a mikrohullámú sütők?

A háztartási mikrohullámú sütők frekvenciájú elektromágneses hullámokat használnak 2450 MHz - mikrohullámú sütő.

Az ilyen mikrohullámokban az elektromos mező 2 · 2 450 000 000 másodpercenként egyszer változtatja az irányt.

Mikrohullámú: mikrohullámú frekvencia 2450 MHz

Hogyan melegítik a mikrohullámok az ételeket?

A termékek melegítése két fizikai mechanizmus miatt következik be:

1. a felületi réteg felmelegítése mikrohullámú sütővel

2. a hő utólagos behatolása a termék mélységébe a hővezető képesség miatt.

eszköz

erő,

frekvencia,

mikrohullámú sütő

mobiltelefon

GSM osztály 4

mobiltelefon

Diabemutató

Dia szövege: Vezetők és dielektrikumok elektrosztatikus térben Artem Mezhetsky 10 „B” Előadó: Városi oktatási intézmény „Belovo város 30. számú középiskolája” Vezető: Popova Irina Aleksandrovna Belovo 2011

Dia szövege: Terv: 1. Vezetők és dielektrikumok. 2. Vezetők elektrosztatikus térben. 3. Dielektrikumok elektrosztatikus térben. Kétféle dielektrikum. 4. Dielektromos állandó.

Diaszöveg: A vezetőképességgel rendelkező anyagok olyan anyagok, amelyek elektromos áramot vezetnek, vannak szabad töltések a dielektrikumok olyan anyagok, amelyek nem vezetnek elektromos áramot, nincsenek szabad töltések

Dia szövege: Fémek szerkezete + + + + + + + + + - - - - - - - - -

Dia szövege: Fémvezető elektrosztatikus térben + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Ev. Evn. Evn. = Evn. -

Dia szövege: Fémvezető elektrosztatikus térben E külső = E belső. Összesen=0 KIMENET: A vezető belsejében nincs elektromos tér. A vezető teljes statikus töltése a felületén koncentrálódik.

Diaszöveg: Dielektrikum szerkezete, konyhasó molekulájának szerkezete NaCl, elektromos dipólus - két egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű ponttöltés kombinációja. Na Cl - - - - - - - - + - + -

Dia szövege: A dielektrikumok típusai Poláris Olyan molekulákból áll, amelyekben a pozitív és negatív töltések eloszlási központja nem esik egybe a konyhasó, alkoholok, víz stb. a díjak nem esnek egybe. inert gázok, O2, H2, benzol, polietilén stb.

Dia szövege: Poláris dielektrikum szerkezete + - + - + - + - + - + -

10. dia

Dia szövege: Dielektrikum elektromos térben + - + + + + + + + - E kiv. E belső + - + - + - + - E belső.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

11. dia

Dia szövege: A közeg dielektromos állandója - a dielektrikum elektromos tulajdonságaira jellemző E Eo - elektromos térerősség vákuumban - elektromos térerősség a dielektrikumban - a közeg dielektromos állandója = Eo E

12. dia

Dia szövege: Anyagok dielektromos állandója Anyag A közeg dielektromos állandója víz 81 kerozin 2,1 olaj 2,5 paraffin 2,1 csillám 6 üveg 7

13. dia

Dia szövege: Coulomb-törvény: Ponttöltés által létrehozott elektromos térerősség: q1 q2 r 2 q r 2

14. dia

Dia szövege: Feladat

15. dia

Dia szövege: A probléma megoldása

16. dia

Dia szövege: Problémamegoldás

17. dia

Dia szövege: Problémamegoldás

18. dia

Diaszöveg: 1. teszt: Egy pozitív töltésű testet három érintkező A, B, C lemezhez viszünk. A B, C lemezek vezetők, A pedig dielektrikum. Milyen töltések lesznek a lemezeken, miután a B lemezt teljesen kihúzzuk? Válaszlehetőségek

19. dia

Dia szövege: 2. sz.: Egy töltött fémgolyót egymás után két dielektromos folyadékba merítenek (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

20. dia

Diaszöveg: 3. sz.: Ha egy lapos kondenzátor lemezei közötti teret teljesen megtöltjük dielektrikummal, a kondenzátoron belüli térerősség 9-szer megváltozik. Hányszor változott a kondenzátor kapacitása? A) 3-szorosára nőtt. B) 3-szorosára csökkent. C) 9-szeresére nőtt. D) 9-szeresére csökkent. E) Nem változott.

21. dia

Dia szövege: 4. sz.: Egy vastag falú töltetlen fémgömb közepébe pozitív töltést helyeztek. Az alábbi ábrák közül melyik felel meg az elektrosztatikus erővonalak eloszlási mintázatának?

22. dia

Dia szövege: 5. sz.: Az alábbi ábrák közül melyik felel meg a pozitív töltés és a földelt fémsík térvonalainak eloszlásának?

23. dia

Dia szövege: Hivatkozások Kasyanov, V.A. Fizika, 10. osztály [Szöveg]: tankönyv középiskolák számára / V.A. Kaszjanov. – Drofa LLC, 2004. – 116 p. Kabardin O.F., Orlov V.A., Evenchik E.E., Shamash S.Ya., Pinsky A.A., Kabardina S.I., Dik Yu.I., Nikiforov G.G., Shefer N. .AND. "Fizika. 10. évfolyam”, „Felvilágosodás”, 2007

24. dia

Dia szövege: Minden =)

A gömb felületén kúpok kis gömb alakú területeket vágnak ki, amelyek laposnak tekinthetők. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, vagy A kúpok hasonlóak egymáshoz, mivel a csúcsban lévő szögek egyenlőek. A hasonlóságból az következik, hogy a bázisok területei az A ponttól a helyszínekig, ill. És így,

Ekvipotenciális felületek Az ekvipotenciális felületek hozzávetőleges lefutását a szívingerlés adott pillanatára az ábra mutatja. Elektromos térben bármilyen alakú vezető test felülete ekvipotenciális felület. A szaggatott vonalak az ekvipotenciális felületeket, a mellettük lévő számok a potenciálértéket millivoltban jelzik.

Anyagok dielektromos állandója Anyag ε ε Gázok és vízgőz Nitrogén Hidrogén Levegő Vákuum Vízgőz (t=100 ºС-on) Hélium Oxigén Szén-dioxid Folyadékok Folyékony nitrogén (t= –198,4 ºС-on) Benzin Víz Folyékony – hidrogén (at 25 t,= hidrogén 9 ºС) Folyékony hélium (t= –269 ºC-on) Glicerin 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Folyékony oxigén (t= –192,4 ºС-on) Transzformátorolaj Gyémánt faanyagú, szoláriumozott éter 10 ºС) Paraffin Gumi Csillám Üveg Titán bárium Porcelán Borostyán 1,5 2,2 26 4,3 5,7 2,2 2,2–3,7 70 1,9–2,2 3,0–6,0 5,7–7,2 6,0–10,4–6.

Irodalom O. F. Kabardin „Fizika. Referenciaanyagok". O. F. Kabardin „Fizika. Referenciaanyagok". A. A. Pinsky „Fizika. Tankönyv 10. osztályos iskolák és osztályok számára a fizika elmélyült tanulmányozásával." A. A. Pinsky „Fizika. Tankönyv 10. osztályos iskolák és osztályok számára a fizika elmélyült tanulmányozásával." G. Ya Myakishev „Fizika. Elektrodinamikai órák". G. Ya Myakishev „Fizika. Elektrodinamikai órák". "Quant" magazin. "Quant" magazin.

1. Külső tér hiányában a részecskék az anyagon belül úgy oszlanak el, hogy az általuk létrehozott elektromos tér nullával egyenlő. 2. Külső tér jelenlétében a töltött részecskék újraeloszlása ​​következik be, és egy anyag saját elektromos tere jön létre, amely a külső E0 mezőből és az anyag töltött részecskéi által létrehozott belső E/-ből áll? Milyen anyagokat nevezünk vezetőknek? 3. Karmesterek -

• szabad töltésekkel rendelkező anyagok, amelyek részt vesznek a hőmozgásban, és a vezető teljes térfogatában mozoghatnak

• 4. A vezetőben külső tér hiányában a „-” szabad töltést az ionrács „+” töltése kompenzálja. Elektromos térben előfordul újraelosztás ingyenes díjak, aminek következtében a felületén nem kompenzált „+” és „-” töltések jelennek meg
• Ezt a folyamatot ún elektrosztatikus indukció, és a vezető felületén megjelenő töltések olyan indukciós töltések.

• 8. A dielektrikumokban (szigetelőkben) nincs szabad elektromos töltés. Semleges atomokból vagy molekulákból állnak. A semleges atomban lévő töltött részecskék egymáshoz kötődnek, és nem mozoghatnak elektromos tér hatására a dielektrikum teljes térfogatában.

• Víz, alkohol,
• nitrogén-monoxid (4)

• inert gázok, oxigén, hidrogén, benzol, polietilén.

• A) A töltések potenciális energiája
• B) A töltések mozgási energiája
• B) nulla

• A) Ezek olyan anyagok, amelyekben a töltött részecskék nem tudnak mozogni elektromos tér hatására.
• B) Ezek olyan anyagok, amelyekben a töltött részecskék elektromos tér hatására mozoghatnak.

• A) Ez a dielektrikum pozitív és negatív kötött töltéseinek ellentétes irányú eltolódása
• B) Ez a dielektrikum pozitív és negatív kötött töltéseinek egyirányú elmozdulása
• B) Ez a dielektrikum pozitív és negatív töltéseinek elrendezése középen

• A) a vezető belsejében
• B) Felületén

• 8. A nem poláris dielektrikumok olyan dielektrikumok, amelyekben a pozitív és negatív töltések eloszlási...

• A) Az a tény, hogy a vezető belsejében az elektromos tér maximális.
• B) arról, hogy a vezető belsejében nincs elektromos tér

• A) Ez egy pozitív töltésű töltésrendszer
• B) Ez egy negatív töltésű töltésrendszer
• B) Ez egy semleges töltésrendszer

2. dia

Vezetők és dielektrikumok elektromos térben Az elektromos térben szabadon mozgó töltött részecskéket szabad töltéseknek, az ezeket tartalmazó anyagokat pedig vezetőknek nevezzük. A vezetők fémek, folyékony oldatok és olvadt elektrolitok. A fémben lévő szabad töltések az atomok külső héjának elektronjai, amelyek elvesztették velük a kapcsolatot. Ezek az elektronok, amelyeket szabad elektronoknak neveznek, szabadon mozoghatnak a fémtesten bármely irányba. Elektrosztatikus körülmények között, azaz amikor az elektromos töltések álló helyzetben vannak, a vezető belsejében az elektromos térerősség mindig nulla. Valóban, ha feltételezzük, hogy a vezető belsejében még van tér, akkor a benne található szabad töltésekre a térerősséggel arányos elektromos erők hatnak, és ezek a töltések elkezdenek mozogni, ami azt jelenti, hogy a tér megszűnik. elektrosztatikus legyen. Így a vezető belsejében nincs elektrosztatikus tér.

3. dia

Azokat az anyagokat, amelyekben nincs szabad töltés, dielektrikumnak vagy szigetelőnek nevezzük. A dielektrikumok példái közé tartoznak a különféle gázok, egyes folyadékok (víz, benzin, alkohol stb.), valamint sok szilárd anyag (üveg, porcelán, plexi, gumi stb.). Kétféle dielektrikum létezik - poláris és nem poláris. A poláris dielektromos molekulákban a pozitív töltések túlnyomórészt az egyik részen (a „+” póluson), a negatív töltések a másikon (a „-” póluson) helyezkednek el. A nem poláris dielektrikumban a pozitív és negatív töltések egyenlően oszlanak el a molekulában. Az elektromos dipólusmomentum egy vektorfizikai mennyiség, amely egy töltött részecskék rendszerének elektromos tulajdonságait (töltéseloszlást) jellemzi az általa létrehozott mező és a külső mezők rá gyakorolt ​​hatásának értelmében. A legegyszerűbb töltésrendszer, amelynek egy bizonyos (az eredetválasztástól független) nem nulla dipólusmomentuma van, a dipólus (két azonos méretű, ellentétes töltésű pontrészecske)

4. dia

A dipólus elektromos dipólusmomentumának abszolút értéke egyenlő a pozitív töltés nagyságának és a töltések közötti távolság szorzatával, és a negatív töltéstől a pozitív felé irányul, vagy: ahol q a töltések nagysága , l egy vektor, amelynek kezdete a negatív töltésű, a vége pedig a pozitív. N részecskékből álló rendszer esetén az elektromos dipólusmomentum: Az elektromos dipólusmomentum mérésére szolgáló rendszeregységeknek nincs külön neve. SI-ben egyszerűen Kl·m. A molekulák elektromos dipólusmomentuma általában debye-ben mérhető: 1 D = 3,33564·10−30 C m.

5. dia

Dielektromos polarizáció. Amikor egy dielektrikumot bevezetünk egy külső elektromos térbe, az atomokat vagy molekulákat alkotó töltések bizonyos újraeloszlása ​​következik be benne. Az ilyen újraeloszlás eredményeként a dielektromos minta felületén többlet kompenzálatlan kötött töltések jelennek meg. Minden töltött részecske, amely makroszkopikus kötött töltést képez, még mindig az atomjainak része. A kötött töltések elektromos teret hoznak létre, amely a dielektrikumon belül a külső térerősség vektorával ellentétes irányban irányul. Ezt a folyamatot dielektromos polarizációnak nevezik. Ennek eredményeként a dielektrikumon belüli teljes elektromos tér abszolút értékben kisebbnek bizonyul, mint a külső mező. Az anyag dielektromos állandójának nevezzük azt a fizikai mennyiséget, amely megegyezik a külső elektromos térerősség modulusának E0 vákuumban és a homogén E dielektrikum teljes térerősségének modulusával:

6. dia

A dielektrikumok polarizációjának számos mechanizmusa létezik. A főbbek az orientációs és deformációs polarizáció. Orientációs vagy dipólus polarizáció fordul elő olyan molekulákból álló poláris dielektrikumok esetében, amelyekben a pozitív és negatív töltések eloszlási központja nem esik egybe. Az ilyen molekulák mikroszkopikus elektromos dipólusok - két, egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű töltés semleges kombinációja, amelyek egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el. Például egy vízmolekulának, valamint számos más dielektrikum molekulájának (H2S, NO2 stb.) van dipólusmomentuma. Külső elektromos tér hiányában a molekuláris dipólusok tengelyei a hőmozgás következtében véletlenszerűen vannak orientálva, így a dielektrikum felületén és bármely térfogatelemben az elektromos töltés átlagosan nulla. Amikor egy dielektrikumot vezetünk be egy külső mezőbe, a molekuláris dipólusok részleges orientációja következik be. Ennek eredményeként a dielektrikum felületén kompenzálatlan makroszkopikus kötött töltések jelennek meg, amelyek a külső tér felé irányuló mezőt hoznak létre.

7. dia

A poláris dielektrikumok polarizációja erősen függ a hőmérséklettől, mivel a molekulák hőmozgása dezorientáló tényezőként játszik szerepet. Az ábrán látható, hogy külső térben a poláris dielektromos molekula ellentétes pólusaira ellentétes irányú erők hatnak, amelyek a molekulát a térerősség vektora mentén próbálják forgatni.

8. dia

A deformációs (vagy elasztikus) mechanizmus olyan nempoláris dielektrikumok polarizációja során jelentkezik, amelyek molekulái külső tér hiányában nem rendelkeznek dipólusmomentummal. Az elektromos tér hatására bekövetkező elektronikus polarizáció során a nem poláris dielektrikumok elektronikus héjai deformálódnak - a pozitív töltések a vektor irányába tolódnak el, a negatív töltések pedig az ellenkező irányba. Ennek eredményeként minden molekula elektromos dipólussá alakul, amelynek tengelye a külső mező mentén irányul. A dielektrikum felületén kompenzálatlan kötött töltések jelennek meg, amelyek saját mezőt hoznak létre a külső tér felé. Így történik a nem poláris dielektrikum polarizációja. A nem poláris molekulák egyik példája a CH4 metánmolekula. Ebben a molekulában a négyszeresen ionizált szénion C4– egy szabályos piramis közepén helyezkedik el, amelynek csúcsaiban a H+ hidrogénionok találhatók. Külső mező alkalmazásakor a szénion kiszorul a piramis középpontjából, és a molekula a külső térrel arányos dipólusmomentumot fejleszt ki.

9. dia

A szilárd kristályos dielektrikumok esetében a deformációs polarizáció egy fajtája figyelhető meg - az úgynevezett ionos polarizáció, amelyben a kristályrácsot alkotó különböző előjelű ionok külső tér hatására ellentétes irányban elmozdulnak, mint pl. aminek következtében kötött (kompenzálatlan) töltések jelennek meg a kristálylapokon. Ilyen mechanizmus például egy NaCl kristály polarizációja, amelyben a Na+ és Cl– ionok két, egymásba ágyazott alrácsot alkotnak. Külső tér hiányában a NaCl kristály minden egyes cellája elektromosan semleges, és nincs dipólusmomentuma. Külső elektromos térben mindkét részrács ellentétes irányban eltolódik, azaz a kristály polarizált.

10. dia

Az ábrán látható, hogy egy külső mező hat egy nem poláris dielektrikum molekulájára, amelyen belül ellentétes töltéseket mozgat különböző irányokba, aminek következtében ez a molekula egy poláris dielektrikum molekulájához válik hasonlóvá, a térvonalak mentén orientálva. A nem poláris molekulák deformációja külső elektromos tér hatására nem függ a hőmozgásuktól, ezért a nem poláris dielektrikum polarizációja nem függ a hőmérséklettől.

11. dia

A szilárd testek sávelméletének alapjai A sávelmélet a szilárd testek kvantumelméletének egyik fő része, amely leírja az elektronok mozgását a kristályokban, és ez az alapja a modern fémek, félvezetők és dielektrikumok elméletének. A szilárd testben lévő elektronok energiaspektruma jelentősen eltér a szabad elektronok energiaspektrumától (ami folytonos) vagy az egyes izolált atomokhoz tartozó elektronok spektrumától (diszkrét, meghatározott szintkészlettel) - egyedi megengedett energiasávokból áll tiltott energiasávokkal elválasztva. Bohr kvantummechanikai posztulátumai szerint egy izolált atomban az elektron energiája szigorúan diszkrét értékeket vehet fel (az elektronnak van egy bizonyos energiája, és az egyik pályán található).

12. dia

Több atomból álló rendszer esetén, amelyeket kémiai kötéssel egyesítenek, az elektronenergia szintek az atomok számával arányos mértékben oszlanak meg. A hasadás mértékét az atomok elektronhéjainak kölcsönhatása határozza meg. A rendszer további növekedésével a makroszkopikus szintre a szintek száma nagyon megnő, és a szomszédos pályákon elhelyezkedő elektronok energiáinak különbsége ennek megfelelően nagyon kicsi - az energiaszintek két szinte folytonos diszkrét halmazra oszlanak - energia zónák.

13. dia

A félvezetők és dielektrikumok megengedett energiasávjai közül a legmagasabbat, amelyben 0 K hőmérsékleten minden energiaállapotot elektronok foglalnak el, vegyértéksávnak, a következőt vezetési sávnak nevezzük. Ezen zónák egymáshoz viszonyított elrendezésének elve alapján minden szilárd anyagot három nagy csoportra osztanak: vezetők - olyan anyagok, amelyekben a vezetési sáv és a vegyértéksáv átfedi egymást (nincs energiarés), így egy zónát alkotnak, amelyet vezetési sávnak neveznek (így , az elektron szabadon mozoghat közöttük, miután bármilyen megengedetten alacsony energiát kapott); dielektrikumok - olyan anyagok, amelyekben a zónák nem fedik át egymást, és a köztük lévő távolság nagyobb, mint 3 eV (az elektronnak a vegyértéksávból a vezetési sávba történő átviteléhez jelentős energia szükséges, így a dielektrikumok gyakorlatilag nem vezetnek áramot); félvezetők - olyan anyagok, amelyekben a sávok nem fedik át egymást, és a köztük lévő távolság (sávrés) 0,1-3 eV tartományba esik (egy elektronnak a vegyértéksávból a vezetési sávba való átviteléhez kevesebb energia szükséges, mint dielektrikum, ezért a tiszta félvezetők gyengén vezetők).

14. dia

A sávrés (a vegyérték- és vezetési sáv közötti energiarés) kulcsfontosságú mennyiség a sávelméletben, és meghatározza az anyag optikai és elektromos tulajdonságait. Az elektronnak a vegyértéksávból a vezetési sávba való átmenetét töltéshordozók (negatív - elektron és pozitív - lyuk) keletkezési folyamatának nevezik, a fordított átmenetet pedig rekombinációs folyamatnak.

15. dia

A félvezetők olyan anyagok, amelyek sávszélessége több elektronvolt (eV) nagyságrendű. Például a gyémánt a széles résű félvezetők közé sorolható, az indium-arzenid pedig a keskeny résű félvezetők közé. A félvezetők számos kémiai elemet tartalmaznak (germánium, szilícium, szelén, tellúr, arzén és mások), rengeteg ötvözet és kémiai vegyület (gallium-arzenid stb.). A természetben a legelterjedtebb félvezető a szilícium, amely a földkéreg csaknem 30%-át teszi ki. A félvezető olyan anyag, amely vezetőképességét tekintve közbenső helyet foglal el a vezetők és a dielektrikumok között, és abban különbözik a vezetőktől, hogy a vezetőképesség erősen függ a szennyeződések koncentrációjától, a hőmérséklettől és a különböző típusú sugárzásoknak való kitettségtől. A félvezető fő tulajdonsága az elektromos vezetőképesség növekedése a hőmérséklet emelkedésével.

16. dia

A félvezetőket a vezetők és a dielektrikumok tulajdonságai egyaránt jellemzik. A félvezető kristályokban az elektronoknak körülbelül 1-2 10-19 J (körülbelül 1 eV) energiára van szükségük ahhoz, hogy egy atomból felszabaduljanak, míg a dielektrikumok esetében 7-10 10-19 J (körülbelül 5 eV), ami a félvezetők közötti fő különbséget jellemzi. és dielektrikum . Ez az energia a hőmérséklet emelkedésével jelenik meg bennük (például szobahőmérsékleten az atomok hőmozgásának energiaszintje 0,4·10−19 J), és az egyes elektronok energiát kapnak az atommagtól való elválasztáshoz. Elhagyják magjukat, szabad elektronokat és lyukakat képezve. A hőmérséklet növekedésével a szabad elektronok és lyukak száma nő, ezért a szennyeződéseket nem tartalmazó félvezetőben az elektromos ellenállás csökken. Hagyományosan félvezetőnek tekintjük azokat az elemeket, amelyek elektronkötési energiája kisebb, mint 2-3 eV. Az elektronlyuk vezetőképességi mechanizmus a natív (azaz szennyeződések nélküli) félvezetőkben nyilvánul meg. Ezt a félvezetők belső elektromos vezetőképességének nevezik.

17. dia

Az elektron átmenet valószínűsége a vegyértéksávból a vezetési sávba arányos (-Eg/kT), ahol Eg a sávrés. Nagy pl. (2-3 eV) értéknél ez a valószínűség nagyon kicsinek bizonyul. Így az anyagok fémekre és nemfémekre való felosztásának nagyon határozott alapja van. Ezzel szemben a nemfémek félvezetőkre és dielektrikumokra való felosztásának nincs ilyen alapja, és pusztán feltételes.

18. dia

Belső és szennyező vezetőképesség Azokat a félvezetőket, amelyekben szabad elektronok és „lyukak” jelennek meg azon atomok ionizációja során, amelyekből a teljes kristály épül, belső vezetőképességű félvezetőknek nevezzük. A belső vezetőképességű félvezetőkben a szabad elektronok koncentrációja megegyezik a „lyukak” koncentrációjával. Szennyező vezetőképesség A szennyező vezetőképességű kristályokat gyakran használják félvezető eszközök létrehozására. Az ilyen kristályokat öt- vagy háromértékű kémiai elem atomjaival szennyeződések bejuttatásával állítják elő

19. dia

Elektronikus félvezetők (n-típusú) Az "n-típusú" kifejezés a "negatív" szóból származik, amely a többségi hordozók negatív töltésére utal. Egy ötértékű félvezető szennyeződését (például arzén) adják a négyértékű félvezetőhöz (például szilícium). A kölcsönhatás során minden szennyező atom kovalens kötésbe lép a szilícium atomokkal. A telített vegyértékkötésekben azonban nincs helye az arzénatom ötödik elektronjának, az elszakad és szabaddá válik. Ebben az esetben a töltésátvitelt nem lyuk, hanem elektron végzi, vagyis az ilyen típusú félvezető úgy vezeti az elektromos áramot, mint a fémek. Azokat a szennyeződéseket, amelyeket a félvezetőkhöz adnak, így azok n-típusú félvezetőkké válnak, donor szennyeződéseknek nevezzük.

20. dia

Lyuk félvezetők (p-típus) A „p-típusú” kifejezés a „pozitív” szóból származik, amely a többségi hordozók pozitív töltését jelöli. Ezt a félvezetőtípust a szennyezőbázison kívül a vezetőképesség lyukas jellege is jellemzi. Négy vegyértékű félvezetőhöz (például szilíciumhoz) adnak egy kis mennyiségű háromértékű elem (például indium) atomját. Minden szennyező atom kovalens kötést hoz létre három szomszédos szilícium atommal. A negyedik szilíciumatommal való kötés létrehozásához az indium atomnak nincs vegyértékelektronja, így a szomszédos szilíciumatomok közötti kovalens kötésből megragad egy vegyértékelektront, és negatív töltésű ionná válik, aminek következtében lyuk keletkezik. Az ebben az esetben hozzáadott szennyeződéseket akceptor szennyeződéseknek nevezzük.

21. dia

22. dia

A félvezetők fizikai tulajdonságait a fémekkel és a dielektrikumokkal összehasonlítva a legtöbbet tanulmányozzák. Ezt nagymértékben elősegíti az egyik vagy másik anyagban nem megfigyelhető hatások hatalmas száma, amelyek elsősorban a félvezetők sávszerkezetének felépítésével és egy meglehetősen szűk sávrés jelenlétével kapcsolatosak. A félvezető vegyületeket több típusra osztják: egyszerű félvezető anyagok - maguk a kémiai elemek: bór B, szén C, germánium Ge, szilícium Si, szelén Se, kén S, antimon Sb, tellúr Te és jód I. Germánium, szilícium és szelén. A többit leggyakrabban adalékanyagként vagy összetett félvezető anyagok alkotóelemeként használják. Az összetett félvezető anyagok csoportjába olyan kémiai vegyületek tartoznak, amelyek félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek, és két, három vagy több kémiai elemet tartalmaznak. Természetesen a félvezetők tanulmányozásának fő ösztönzője a félvezető eszközök és integrált áramkörök gyártása.

23. dia

Köszönöm a figyelmet!

Az összes dia megtekintése