Prezentācija par tēmu "vadītāji un dielektriķi". Prezentācija par tēmu "vadītāji un dielektriķi" Dielektriķis vājina ārējo elektrisko lauku

• Kas ir elektriskais lauks?
• Nosauciet galvenās elektrostatiskā lauka īpašības.
• Kas rada elektrisko lauku?
• Kā sauc elektriskā lauka intensitāti?
• Kādu elektrisko lauku sauc par vienmērīgu?
• Kā var iegūt vienmērīgu elektrisko lauku?
• Kā tiek virzītas vienmērīga elektriskā lauka spēka līnijas?
• Kā aprēķināt punktveida lādiņa radīto elektriskā lauka intensitāti?

Vadītāji un dielektriķi elektrostatiskā laukā

Lekcijas konspekts:

• 1. Vadītāji un dielektriķi.
• 2. Vadītāji elektrostatiskā laukā.
• 3. Dielektriķi elektrostatiskā laukā.

Divu veidu dielektriķi.

• 4.Dielektriskā konstante.

Metālu struktūra

Pēdējais elektrons ir vāji piesaistīts kodolam, jo:

• tālu no kodola
• 10 elektroni atgrūž vienpadsmito

pēdējais elektrons atstāj kodolu un kļūst brīvs

vielas pēc vadītspējas

diriģenti

• diriģenti

dielektriķi

tās ir vielas, kas nevada elektrību

nav bezmaksas maksas

tās ir vielas, kas vada elektrisko strāvu

ir bezmaksas maksas

Metālu struktūra

Metālu struktūra

E iekšējais

E ārējais = E iekšējais

Metāla vadītājs elektrostatiskā laukā

E ārējais = E iekšējais

E vispār =0

SECINĀJUMS:

Vadītāja iekšpusē nav elektriskā lauka.

Viss vadītāja statiskais lādiņš ir koncentrēts uz tā virsmas.

Dielektriskā struktūra

galda sāls molekulas struktūra

elektriskais dipols -

divu punktveida lādiņu kopums, kas ir vienādi pēc lieluma un pretējas zīmes.

Polārā dielektriķa uzbūve

Dielektrisks elektriskajā laukā

E iekšējais E ārējā .

E ext.

E iekšējais

SECINĀJUMS:

DIELEKTRIS VĀJĀ ĀRĒJO ELEKTROLAUKU

Galimurza S.A.

Vides dielektriskā konstante

Elektriskā lauka stiprums vakuumā

Elektriskā lauka stiprums dielektrikā

Vides dielektriskā konstante

E O

Uz direktoriju:

• Kulona likums:
• Elektriskā lauka stiprums, ko rada punktveida lādiņš:

q 1 q 2

r

2

q

r

2

Kas ir mikroviļņu krāsnis?

Sadzīves mikroviļņu krāsnis izmanto elektromagnētiskos viļņus ar frekvenci 2450 MHz - mikroviļņi.

Šādās mikroviļņu krāsnīs elektriskais lauks 2 · 2 450 000 000 maina virzienu reizi sekundē.

Mikroviļņu krāsns: mikroviļņu frekvence 2450 MHz

Kā mikroviļņi silda pārtiku?

Produktu sildīšana notiek divu fizisku mehānismu dēļ:

1. virsmas slāņa sildīšana ar mikroviļņu krāsnīm

2. sekojoša siltuma iekļūšana izstrādājuma dziļumā siltumvadītspējas dēļ.

ierīci

spēks,

biežums,

mikroviļņu krāsns

Mobilais telefons

GSM klase 4

Mobilais telefons

Slaidu prezentācija

Slaida teksts: Vadītāji un dielektriķi elektrostatiskā laukā Artjoms Mežeckis 10 “B” Izpilda: Pašvaldības izglītības iestāde “Belovas pilsētas 30. vidusskola” Vadītāja: Popova Irina Aleksandrovna Belovo 2011.g.

Slaida teksts: Plāns: 1. Vadītāji un dielektriķi. 2. Vadītāji elektrostatiskā laukā. 3. Dielektriķi elektrostatiskā laukā. Divu veidu dielektriķi. 4.Dielektriskā konstante.

Slaida teksts: vielas pēc vadītspējas vadītājiem ir vielas, kas vada elektrisko strāvu ir brīvi lādiņi dielektriķi ir vielas, kas nevada elektrisko strāvu, nav brīvu lādiņu

Slaida teksts: Metālu struktūra + + + + + + + + + - - - - - - - - -

Slaida teksts: Metāla vadītājs elektrostatiskā laukā + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Ev. Evn. Evn. = Evn. -

Slaida teksts: Metāla vadītājs elektrostatiskā laukā E ārējais = E iekšējais. Kopā = 0 IZEJA: vadītāja iekšpusē nav elektriskā lauka. Viss vadītāja statiskais lādiņš ir koncentrēts uz tā virsmas.

Slaida teksts: Dielektriķa uzbūve, galda sāls NaCl molekulas uzbūve, elektriskais dipols - divu punktveida lādiņu kombinācija, kuras lielums ir vienāds un zīme ir pretēja. Na Cl - - - - - - - - + - + -

Slaida teksts: Dielektriķu veidi Polāri Sastāv no molekulām, kurās nesakrīt pozitīvo un negatīvo lādiņu sadales centri, galda sāls, spirti, ūdens utt. Nepolāri Sastāv no molekulām, kurās pozitīvā un negatīvā sadalījuma centri; maksas nesakrīt. inertās gāzes, O2, H2, benzols, polietilēns utt.

Slaida teksts: polārā dielektriķa struktūra + - + - + - + - + - + -

10. slaids

Slaida teksts: Dielektrisks elektriskajā laukā + - + + + + + + + - E ext. E iekšējais + - + - + - + - E iekšējais.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

11. slaids

Slaida teksts: Vides dielektriskā konstante - raksturīga dielektriķa elektriskajām īpašībām E Eo - elektriskā lauka stiprums vakuumā - elektriskā lauka stiprums dielektriskā - vides dielektriskā konstante = Eo E

12. slaids

Slaida teksts: Vielu dielektriskā konstante Vielas Vides dielektriskā konstante ūdens 81 petroleja 2,1 eļļa 2,5 parafīns 2,1 vizla 6 stikls 7

13. slaids

Slaida teksts: Kulona likums: elektriskā lauka stiprums, ko rada punktveida lādiņš: q1 q2 r 2 q r 2

14. slaids

Slaida teksts: Uzdevums

15. slaids

Slaida teksts: problēmas risināšana

16. slaids

Slaida teksts: Problēmu risināšana

17. slaids

Slaida teksts: Problēmu risināšana

18. slaids

Slaida teksts: Tests Nr. 1: Pozitīvi lādētu ķermeni nogādā uz trim saskares plāksnēm A, B, C. Plāksnes B, C ir vadītājs, bet A ir dielektriķis. Kādi lādiņi būs uz plāksnēm pēc tam, kad plāksne B būs pilnībā izvilkta? Atbilžu varianti

19. slaids

Slaida teksts: Nr. 2: Uzlādēta metāla lodīte tiek secīgi iegremdēta divos dielektriskos šķidrumos (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

20. slaids

Slaida teksts: Nr. 3: Kad telpa starp plakana kondensatora plāksnēm ir pilnībā piepildīta ar dielektriķi, lauka stiprums kondensatora iekšpusē mainās 9 reizes. Cik reizes mainījās kondensatora kapacitāte? A) Palielināts 3 reizes. B) Samazināts 3 reizes. C) Palielināts 9 reizes. D) Samazināts par 9 reizēm. E) nav mainījies.

21. slaids

Slaida teksts: Nr. 4: pozitīvs lādiņš tika novietots biezu sienu neuzlādētas metāla sfēras centrā. Kurš no šiem skaitļiem atbilst elektrostatiskā lauka līniju sadalījuma modelim?

22. slaids

Slaida teksts: Nr. 5: Kurš no šiem skaitļiem atbilst lauka līniju sadalījumam pozitīvam lādiņam un iezemētai metāla plaknei?

23. slaids

Slaida teksts: Atsauces Kasjanovs, V.A. Fizika, 10. klase [Teksts] : mācību grāmata vidusskolām / V.A. Kasjanovs. – SIA “Drofa”, 2004. – 116 lpp. Kabardins O.F., Orlovs V.A., Evenchik E.E., Shamash S.Ya., Pinsky A.A., Kabardina S.I., Dik Yu.I., Ņikiforovs G.G., Šefers N. .UN. "Fizika. 10. klase”, “Apgaismība”, 2007.g

24. slaids

Slaida teksts: Viss =)

Uz sfēras virsmas konusi izgriež mazus sfēriskus laukumus, kurus var uzskatīt par plakaniem. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 jeb Konusi ir līdzīgi viens otram, jo ​​leņķi virsotnē ir vienādi. No līdzības izriet, ka pamatu laukumi ir saistīti kā attālumu kvadrāti no punkta A līdz vietām un attiecīgi. Tādējādi

Ekvipotenciālās virsmas Aptuvenais ekvipotenciālu virsmu gaita noteiktam sirds ierosmes momentam ir parādīta attēlā. Elektriskajā laukā jebkuras formas vadoša ķermeņa virsma ir ekvipotenciāla virsma. Punktētās līnijas norāda ekvipotenciālu virsmas, skaitļi blakus tām norāda potenciāla vērtību milivoltos.

Vielu dielektriskā konstante Viela ε ε Gāzes un ūdens tvaiki Slāpeklis Ūdeņradis Gaiss Vakuums Ūdens tvaiki (pie t=100 ºС) Hēlijs Skābeklis Oglekļa dioksīds Šķidrumi Šķidrais slāpeklis (pie t= –198,4 ºС) Benzīns Ūdens Šķidrums – ūdeņradis (pie 25 t) 9 ºС) Šķidrais hēlijs (pie t= –269 ºC) Glicerīns 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Šķidrais skābeklis (pie t= –192,4 ºС) Transformatoru eļļa Dimanta ūdeņraža t, spirts, vaska ēteris 10 ºС) Parafīns Gumija Vizla Stikls Titāna bārijs Porcelāns Dzintars 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 6,0–10,2,6.

Literatūra O. F. Kabardins “Fizika. Atsauces materiāli". O. F. Kabardins “Fizika. Atsauces materiāli". A. A. Pinskis “Fizika. Mācību grāmata 10. klašu skolām un klasēm ar padziļinātu fizikas apguvi." A. A. Pinskis “Fizika. Mācību grāmata 10. klašu skolām un klasēm ar padziļinātu fizikas apguvi." G. Ya Mjakiševs “Fizika. Elektrodinamikas nodarbības”. G. Ya Mjakiševs “Fizika. Elektrodinamikas nodarbības”. Žurnāls "Kvants". Žurnāls "Kvants".

1. Ja nav ārēja lauka, daļiņas vielas iekšpusē tiek sadalītas tā, ka to radītais elektriskais lauks ir vienāds ar nulli. 2. Ārējā lauka klātbūtnē notiek lādētu daļiņu pārdale, un rodas pašas vielas elektriskais lauks, kas sastāv no ārējā E0 lauka un iekšējā E/, ko rada vielas lādētās daļiņas? Kādas vielas sauc par vadītājiem? 3. Diriģenti -

• vielas ar brīvu lādiņu klātbūtni, kas piedalās siltuma kustībā un var pārvietoties visā vadītāja tilpumā

• 4. Ja vadītājā nav ārēja lauka, “-” brīvo lādiņu kompensē jonu režģa “+” lādiņš. Elektriskajā laukā notiek pārdale bezmaksas maksas, kā rezultātā uz tās virsmas parādās nekompensēti “+” un “-” lādiņi
• Šo procesu sauc elektrostatiskā indukcija, un lādiņi, kas parādās uz vadītāja virsmas, ir indukcijas maksas.

• 8. Dielektriķos (izolatoros) nav brīvu elektrisko lādiņu. Tie sastāv no neitrāliem atomiem vai molekulām. Uzlādētās daļiņas neitrālā atomā ir saistītas viena ar otru un nevar pārvietoties elektriskā lauka ietekmē visā dielektriķa tilpumā.

• Ūdens, alkohols,
• slāpekļa oksīds (4)

• inertās gāzes, skābeklis, ūdeņradis, benzols, polietilēns.

• A) lādiņu potenciālā enerģija
• B) Lādiņu kinētiskā enerģija
• B) nulle

• A) Tās ir vielas, kurās uzlādētas daļiņas nevar pārvietoties elektriskā lauka ietekmē.
• B) Tās ir vielas, kurās elektriskā lauka ietekmē var pārvietoties uzlādētas daļiņas.

• A) Tas ir dielektriķa pozitīvo un negatīvo saistīto lādiņu nobīde pretējos virzienos
• B) Tas ir dielektriķa pozitīvo un negatīvo saistīto lādiņu nobīde vienā virzienā
• B) Tas ir dielektriķa pozitīvo un negatīvo lādiņu izvietojums vidū

• A) vadītāja iekšpusē
• B) uz tās virsmas

• 8. Nepolārie dielektriķi ir dielektriķi, kuros pozitīvo un negatīvo lādiņu sadales centri...

• A) Fakts, ka elektriskais lauks vadītāja iekšpusē ir maksimāls.
• B) par to, ka vadītāja iekšpusē nav elektriskā lauka

• A) Šī ir pozitīvi lādēta lādiņu sistēma
• B) Šī ir negatīvi lādēta lādiņu sistēma
• B) Šī ir neitrāla lādiņu sistēma

2. slaids

Vadītāji un dielektriķi elektriskajā laukā Uzlādētas daļiņas, kas var brīvi pārvietoties elektriskajā laukā, sauc par brīvajiem lādiņiem, bet vielas, kas tos satur, sauc par vadītājiem. Vadītāji ir metāli, šķidri šķīdumi un kausēti elektrolīti. Brīvie lādiņi metālā ir atomu ārējo apvalku elektroni, kas zaudējuši ar tiem kontaktu. Šie elektroni, ko sauc par brīvajiem elektroniem, var brīvi pārvietoties pa metāla ķermeni jebkurā virzienā. Elektrostatiskos apstākļos, t.i., kad elektriskie lādiņi ir nekustīgi, elektriskā lauka stiprums vadītāja iekšpusē vienmēr ir nulle. Patiešām, ja pieņemam, ka vadītāja iekšpusē joprojām ir lauks, tad uz tajā esošajiem brīvajiem lādiņiem iedarbosies elektriskie spēki, kas ir proporcionāli lauka intensitātei, un šie lādiņi sāks kustēties, kas nozīmē, ka lauks pārtrauks darboties. būt elektrostatiskam. Tādējādi vadītāja iekšpusē nav elektrostatiskā lauka.

3. slaids

Vielas, kurām nav brīvu lādiņu, sauc par dielektriķiem vai izolatoriem. Dielektriķu piemēri ir dažādas gāzes, daži šķidrumi (ūdens, benzīns, spirts utt.), kā arī daudzas cietas vielas (stikls, porcelāns, organiskais stikls, gumija utt.). Ir divu veidu dielektriķi - polārie un nepolārie. Polārā dielektriskā molekulā pozitīvie lādiņi galvenokārt atrodas vienā daļā ("+" polā), bet negatīvie lādiņi atrodas otrā ("-" polā). Nepolārā dielektrikā pozitīvie un negatīvie lādiņi ir vienādi sadalīti visā molekulā. Elektriskais dipola moments ir vektora fiziskais lielums, kas raksturo lādētu daļiņu sistēmas elektriskās īpašības (lādiņa sadalījumu) tās radītā lauka izpratnē un ārējo lauku ietekmi uz to. Vienkāršākā lādiņu sistēma, kurai ir noteikts (neatkarīgs no izcelsmes izvēles) dipola moments, kas nav nulle, ir dipols (divas punktveida daļiņas ar vienāda izmēra pretējiem lādiņiem)

4. slaids

Dipola elektriskā dipola momenta absolūtā vērtība ir vienāda ar pozitīvā lādiņa lieluma un attāluma starp lādiņiem reizinājumu un ir vērsta no negatīvā lādiņa uz pozitīvo, vai: kur q ir lādiņu lielums , l ir vektors ar sākumu negatīvajā lādiņā un beigas pozitīvā. N daļiņu sistēmai elektriskais dipola moments ir: Elektriskā dipola momenta mērīšanas sistēmas vienībām nav īpaša nosaukuma. SI valodā tas ir vienkārši Kl·m. Molekulu elektrisko dipola momentu parasti mēra debijās: 1 D = 3,33564·10−30 C m.

5. slaids

Dielektriskā polarizācija. Kad dielektriķis tiek ievadīts ārējā elektriskajā laukā, tajā notiek noteikta lādiņu pārdale, kas veido atomus vai molekulas. Šādas pārdales rezultātā uz dielektriskā parauga virsmas parādās lieki nekompensēti saistītie lādiņi. Visas lādētās daļiņas, kas veido makroskopiskus saistītos lādiņus, joprojām ir daļa no to atomiem. Saistītie lādiņi rada elektrisko lauku, kas dielektriķa iekšpusē ir vērsts pretēji ārējā lauka intensitātes vektoram. Šo procesu sauc par dielektrisko polarizāciju. Rezultātā kopējais elektriskais lauks dielektriķa iekšpusē izrādās mazāks par ārējo lauku absolūtā vērtībā. Fizikālo lielumu, kas vienāds ar ārējā elektriskā lauka intensitātes moduļa attiecību vakuumā E0 un kopējā lauka intensitātes moduli viendabīgā dielektrikā E, sauc par vielas dielektrisko konstanti:

6. slaids

Ir vairāki mehānismi dielektriķu polarizācijai. Galvenās no tām ir orientācijas un deformācijas polarizācija. Orientācijas jeb dipola polarizācija notiek polāro dielektriķu gadījumā, kas sastāv no molekulām, kurās pozitīvo un negatīvo lādiņu sadales centri nesakrīt. Šādas molekulas ir mikroskopiski elektriskie dipoli - neitrāla divu lādiņu kombinācija, kas ir vienādi pēc lieluma un pretējas zīmes, kas atrodas zināmā attālumā viens no otra. Piemēram, ūdens molekulai, kā arī vairāku citu dielektriķu (H2S, NO2 utt.) molekulām ir dipola moments. Ja nav ārēja elektriskā lauka, molekulāro dipolu asis ir nejauši orientētas termiskās kustības dēļ, tā ka uz dielektriķa virsmas un jebkurā tilpuma elementā elektriskais lādiņš ir vidēji nulle. Kad dielektriķis tiek ievadīts ārējā laukā, notiek molekulāro dipolu daļēja orientācija. Rezultātā uz dielektriķa virsmas parādās nekompensēti makroskopiski saistītie lādiņi, radot lauku, kas vērsts uz ārējo lauku.

7. slaids

Polāro dielektriķu polarizācija ir ļoti atkarīga no temperatūras, jo molekulu termiskajai kustībai ir dezorientējoša faktora loma. Attēlā redzams, ka ārējā laukā pretēji virzīti spēki iedarbojas uz polārās dielektriskās molekulas pretējiem poliem, kas mēģina pagriezt molekulu pa lauka intensitātes vektoru.

8. slaids

Deformācijas (vai elastības) mehānisms izpaužas nepolāru dielektriķu polarizācijas laikā, kuru molekulām nepiemīt dipola moments, ja nav ārēja lauka. Elektroniskās polarizācijas laikā elektriskā lauka ietekmē nepolāro dielektriķu elektroniskie apvalki tiek deformēti - pozitīvie lādiņi tiek nobīdīti vektora virzienā un negatīvie lādiņi pretējā virzienā. Rezultātā katra molekula pārvēršas par elektrisko dipolu, kura ass ir vērsta pa ārējo lauku. Uz dielektriķa virsmas parādās nekompensēti saistītie lādiņi, veidojot savu lauku, kas vērsts pret ārējo lauku. Tādā veidā notiek nepolāra dielektriķa polarizācija. Nepolāras molekulas piemērs ir metāna molekula CH4. Šajā molekulā četrkārši jonizētais oglekļa jons C4– atrodas regulāras piramīdas centrā, kuras virsotnēs atrodas ūdeņraža joni H+. Kad tiek pielietots ārējs lauks, oglekļa jons tiek pārvietots no piramīdas centra, un molekula attīsta dipola momentu, kas ir proporcionāls ārējam laukam.

9. slaids

Cieto kristālisko dielektriķu gadījumā tiek novērots deformācijas polarizācijas veids - tā sauktā jonu polarizācija, kurā dažādu zīmju joni, kas veido kristālisko režģi, pieliekot ārējo lauku, tiek pārvietoti pretējos virzienos, kā kā rezultātā uz kristāla virsmām parādās saistīti (nekompensēti) lādiņi. Šāda mehānisma piemērs ir NaCl kristāla polarizācija, kurā Na+ un Cl– joni veido divus apakšrežģus, kas ligzdoti viens otra iekšpusē. Ja nav ārēja lauka, katra NaCl kristāla vienības šūna ir elektriski neitrāla un tai nav dipola momenta. Ārējā elektriskajā laukā abi apakšrežģi ir pārvietoti pretējos virzienos, t.i., kristāls ir polarizēts.

10. slaids

Attēlā redzams, ka uz nepolāra dielektriķa molekulu iedarbojas ārējais lauks, pārvietojot tajā pretējos lādiņus dažādos virzienos, kā rezultātā šī molekula kļūst līdzīga polāra dielektriķa molekulai, orientēta pa lauka līnijām. Nepolāru molekulu deformācija ārējā elektriskā lauka ietekmē nav atkarīga no to termiskās kustības, tāpēc nepolāra dielektriķa polarizācija nav atkarīga no temperatūras.

11. slaids

Cietvielu joslu teorijas pamati Joslu teorija ir viena no galvenajām cietvielu kvantu teorijas sadaļām, kas apraksta elektronu kustību kristālos, un tā ir mūsdienu metālu, pusvadītāju un dielektriķu teorijas pamatā. Elektronu enerģijas spektrs cietā vielā būtiski atšķiras no brīvo elektronu enerģijas spektra (kas ir nepārtraukts) vai atsevišķiem izolētiem atomiem piederošo elektronu spektra (diskrēts ar noteiktu pieejamo līmeņu kopu) - tas sastāv no atsevišķām atļautajām enerģijas joslām. atdalītas ar aizliegtām enerģijas joslām. Saskaņā ar Bora kvantu mehāniskajiem postulātiem izolētā atomā elektrona enerģijai var būt stingri diskrētas vērtības (elektronam ir noteikta enerģija un tas atrodas vienā no orbitālēm).

12. slaids

Vairāku atomu sistēmā, ko vieno ķīmiskā saite, elektroniskās enerģijas līmeņi tiek sadalīti proporcionālā daudzumā atomu skaitam. Sadalīšanas mēru nosaka atomu elektronu apvalku mijiedarbība. Sistēmai vēl vairāk palielinoties līdz makroskopiskajam līmenim, līmeņu skaits kļūst ļoti liels, un kaimiņu orbitāļu elektronu enerģiju atšķirība attiecīgi ir ļoti maza - enerģijas līmeņi tiek sadalīti divās gandrīz nepārtrauktās diskrētās kopās - enerģija zonām.

13. slaids

Augstāko no pieļaujamajām enerģijas joslām pusvadītājos un dielektriķos, kuros 0 K temperatūrā visus enerģijas stāvokļus aizņem elektroni, sauc par valences joslu, nākamo sauc par vadītspējas joslu. Pamatojoties uz šo zonu relatīvā izvietojuma principu, visas cietās vielas iedala trīs lielās grupās: vadītāji - materiāli, kuros vadītspējas josla un valences josla pārklājas (nav enerģijas spraugas), veidojot vienu zonu, ko sauc par vadītspējas joslu (tātad , elektrons var brīvi pārvietoties starp tiem, saņēmis jebkādu pieļaujami zemu enerģiju); dielektriķi - materiāli, kuros zonas nepārklājas un attālums starp tām ir lielāks par 3 eV (lai elektronu pārnestu no valences joslas uz vadīšanas joslu, nepieciešama ievērojama enerģija, tāpēc dielektriķi praktiski nevada strāvu); pusvadītāji - materiāli, kuros joslas nepārklājas un attālums starp tām (joslas sprauga) ir robežās no 0,1 līdz 3 eV (lai pārnestu elektronu no valences joslas uz vadīšanas joslu, nepieciešams mazāk enerģijas nekā dielektriķis, tāpēc tīri pusvadītāji ir vāji vadoši).

14. slaids

Joslu sprauga (enerģijas sprauga starp valences un vadītspējas joslām) ir galvenais lielums joslu teorijā un nosaka materiāla optiskās un elektriskās īpašības. Elektrona pāreju no valences joslas uz vadīšanas joslu sauc par lādiņu nesēju ģenerēšanas procesu (negatīvs - elektrons un pozitīvs - caurums), un apgriezto pāreju sauc par rekombinācijas procesu.

15. slaids

Pusvadītāji ir vielas, kuru joslas sprauga ir vairāku elektronvoltu (eV) robežās. Piemēram, dimantu var klasificēt kā platas spraugas pusvadītāju, un indija arsenīdu var klasificēt kā šauras spraugas pusvadītāju. Pusvadītājos ietilpst daudzi ķīmiskie elementi (germānija, silīcijs, selēns, telūrs, arsēns un citi), milzīgs skaits sakausējumu un ķīmisko savienojumu (gallija arsenīds utt.). Dabā visizplatītākais pusvadītājs ir silīcijs, kas veido gandrīz 30% no zemes garozas. Pusvadītājs ir materiāls, kas savas vadītspējas ziņā ieņem starpstāvokli starp vadītājiem un dielektriķiem un atšķiras no vadītājiem ar spēcīgo vadītspējas atkarību no piemaisījumu koncentrācijas, temperatūras un dažāda veida starojuma iedarbības. Pusvadītāja galvenā īpašība ir elektriskās vadītspējas palielināšanās, palielinoties temperatūrai.

16. slaids

Pusvadītājus raksturo gan vadītāju, gan dielektriķu īpašības. Pusvadītāju kristālos elektroniem ir nepieciešama aptuveni 1-2 10-19 J (apmēram 1 eV) enerģija, lai atbrīvotos no atoma pretstatā 7-10 10-19 J (aptuveni 5 eV) dielektriķiem, kas raksturo galveno atšķirību starp pusvadītājiem. un dielektriķi. Šī enerģija tajos parādās, paaugstinoties temperatūrai (piemēram, istabas temperatūrā atomu termiskās kustības enerģijas līmenis ir 0,4·10−19 J), un atsevišķi elektroni saņem enerģiju, lai atdalītos no kodola. Viņi atstāj savus kodolus, veidojot brīvus elektronus un caurumus. Palielinoties temperatūrai, palielinās brīvo elektronu un caurumu skaits, tāpēc pusvadītājā, kas nesatur piemaisījumus, elektriskā pretestība samazinās. Parasti par pusvadītājiem tiek uzskatīti elementi, kuru elektronu saistīšanas enerģija ir mazāka par 2-3 eV. Elektronu caurumu vadītspējas mehānisms izpaužas vietējos (tas ir, bez piemaisījumiem) pusvadītājos. To sauc par pusvadītāju iekšējo elektrisko vadītspēju.

17. slaids

Elektronu pārejas varbūtība no valences joslas uz vadīšanas joslu ir proporcionāla (-Eg/kT), kur Eg ir joslas sprauga. Pie lielas vērtības Eg (2-3 eV) šī varbūtība izrādās ļoti maza. Tātad vielu dalījumam metālos un nemetālos ir ļoti noteikts pamats. Turpretim nemetālu sadalīšanai pusvadītājos un dielektriķos šāda pamata nav un tas ir tīri nosacīts.

18. slaids

Pašvadītspēja un piemaisījumu vadītspēja Pusvadītājus, kuros atomu jonizācijas laikā, no kuriem veidots viss kristāls, parādās brīvie elektroni un “caurumi”, sauc par pusvadītājiem ar iekšējo vadītspēju. Pusvadītājos ar iekšējo vadītspēju brīvo elektronu koncentrācija ir vienāda ar “caurumu” koncentrāciju. Piemaisījumu vadītspēja Pusvadītāju ierīču radīšanai bieži izmanto kristālus ar piemaisījumu vadītspēju. Šādi kristāli tiek izgatavoti, ievadot piemaisījumus ar piecvērtīga vai trīsvērtīga ķīmiskā elementa atomiem

19. slaids

Elektroniskie pusvadītāji (n-veida) Termins "n-tips" cēlies no vārda "negatīvs", kas apzīmē lielāko nesēju negatīvo lādiņu. Četrvalentam pusvadītājam (piemēram, silīcijam) tiek pievienots piecvērtīgā pusvadītāja piemaisījums (piemēram, arsēns). Mijiedarbības laikā katrs piemaisījuma atoms noslēdz kovalento saiti ar silīcija atomiem. Tomēr piesātinātajās valences saitēs arsēna atoma piektajam elektronam nav vietas, un tas pārtrūkst un kļūst brīvs. Šajā gadījumā lādiņu pārnesi veic elektrons, nevis caurums, tas ir, šāda veida pusvadītāji vada elektrisko strāvu līdzīgi kā metāli. Piemaisījumus, kas tiek pievienoti pusvadītājiem, liekot tiem kļūt par n-veida pusvadītājiem, sauc par donoru piemaisījumiem.

20. slaids

Caurumu pusvadītāji (p-tips) Termins “p-tips” cēlies no vārda “pozitīvs”, kas apzīmē lielāko daļu nesēju pozitīvo lādiņu. Šāda veida pusvadītājiem papildus piemaisījumu bāzei ir raksturīgs vadītspējas caurums. Neliels daudzums trīsvērtīgā elementa (piemēram, indija) atomu tiek pievienots četrvērtīgajam pusvadītājam (piemēram, silīcijam). Katrs piemaisījuma atoms izveido kovalento saiti ar trim blakus esošajiem silīcija atomiem. Lai izveidotu saikni ar ceturto silīcija atomu, indija atomam nav valences elektrona, tāpēc tas satver valences elektronu no kovalentās saites starp blakus esošajiem silīcija atomiem un kļūst par negatīvi lādētu jonu, kā rezultātā veidojas caurums. Piemaisījumus, kas tiek pievienoti šajā gadījumā, sauc par akceptoru piemaisījumiem.

21. slaids

22. slaids

Pusvadītāju fizikālās īpašības ir visvairāk pētītas salīdzinājumā ar metāliem un dielektriķiem. Lielā mērā to veicina milzīgs skaits efektu, ko nevar novērot ne vienā, ne citā vielā, galvenokārt saistībā ar pusvadītāju joslu struktūras struktūru un diezgan šauras joslas spraugas esamību. Pusvadītāju savienojumus iedala vairākos veidos: vienkāršie pusvadītāju materiāli - paši ķīmiskie elementi: bors B, ogleklis C, germānija Ge, silīcijs Si, selēns Se, sērs S, antimons Sb, telūrs Te un jods I. Germānija, silīcijs un selēns. Pārējos visbiežāk izmanto kā piedevas vai kā sarežģītu pusvadītāju materiālu sastāvdaļas. Sarežģītu pusvadītāju materiālu grupa ietver ķīmiskus savienojumus, kuriem ir pusvadītāju īpašības un kas ietver divus, trīs vai vairākus ķīmiskos elementus. Protams, galvenais stimuls pusvadītāju pētīšanai ir pusvadītāju ierīču un integrālo shēmu ražošana.

23. slaids

Paldies par jūsu uzmanību!

Skatīt visus slaidus