Predstavitev na temo "prevodniki in dielektriki." Predstavitev na temo "prevodniki in dielektriki" Dielektrik oslabi zunanje električno polje

• Kaj je električno polje?
• Poimenujte glavne lastnosti elektrostatičnega polja.
• Kaj ustvarja električno polje?
• Kako se imenuje električna poljska jakost?
• Katero električno polje imenujemo enakomerno?
• Kako lahko dobimo enotno električno polje?
• Kako so usmerjene silnice enakomernega električnega polja?
• Kako izračunati električno poljsko jakost, ki jo ustvari točkasti naboj?

Prevodniki in dielektriki v elektrostatičnem polju

Oris predavanja:

• 1. Prevodniki in dielektriki.
• 2. Prevodniki v elektrostatičnem polju.
• 3. Dielektriki v elektrostatičnem polju.

Dve vrsti dielektrikov.

• 4. Dielektrična konstanta.

Zgradba kovin

Zadnji elektron je jedro šibko privlači, ker:

• daleč od jedra
• 10 elektronov odbija enajstega

zadnji elektron zapusti jedro in postane prost

snovi po prevodnosti

prevodniki

• prevodniki

dielektriki

to so snovi, ki ne prevajajo elektrike

brez brezplačnih stroškov

to so snovi, ki prevajajo električni tok

obstajajo brezplačni stroški

Zgradba kovin

Zgradba kovin

E notranji

E zunanji= E notranji

Kovinski prevodnik v elektrostatičnem polju

E zunanji= E notranji

E na splošno =0

ZAKLJUČEK:

V prevodniku ni električnega polja.

Celoten statični naboj prevodnika je koncentriran na njegovi površini.

Dielektrična struktura

struktura molekule soli

električni dipol -

zbirka dveh točkastih nabojev, enakih po velikosti in nasprotnega predznaka.

Struktura polarnega dielektrika

Dielektrik v električnem polju

E notranji E zunanji .

E ext.

E notranji

ZAKLJUČEK:

DIELEKTRIK OSLABI ZUNANJE ELEKTRIČNO POLJE

Galimurza S.A.

Dielektrična konstanta medija

Električna poljska jakost v vakuumu

Električna poljska jakost v dielektriku

Dielektrična konstanta medija

E O

V imenik:

• Coulombov zakon:
• Električna poljska jakost, ki jo ustvari točkovni naboj:

q 1 q 2

r

2

q

r

2

Kaj so mikrovalovne pečice?

Gospodinjske mikrovalovne pečice uporabljajo elektromagnetne valove s frekvenco 2450 MHz - mikrovalovi.

V takšnih mikrovalovih električno polje 2 · 2 450 000 000 spreminja svojo smer enkrat na sekundo.

Mikrovalovna: mikrovalovna frekvenca 2450 MHz

Kako mikrovalovi segrejejo hrano?

Do segrevanja izdelkov pride zaradi dveh fizikalnih mehanizmov:

1. segrevanje površinske plasti z mikrovalovi

2. naknadno prodiranje toplote v globino izdelka zaradi toplotne prevodnosti.

napravo

moč,

frekvenca,

mikrovalovna pečica

mobilni telefon

GSM razred 4

mobilni telefon

Diapozitivna predstavitev

Besedilo diapozitiva: Prevodniki in dielektriki v elektrostatičnem polju Artem Mezhetsky 10 "B" Izvajalec: Mestna izobraževalna ustanova "Srednja šola št. 30 mesta Belovo" Vodja: Popova Irina Aleksandrovna Belovo 2011

Besedilo prosojnice: Načrt: 1. Prevodniki in dielektriki. 2. Prevodniki v elektrostatičnem polju. 3. Dielektriki v elektrostatičnem polju. Dve vrsti dielektrikov. 4. Dielektrična konstanta.

Besedilo prosojnice: snovi po prevodnosti prevodniki so snovi, ki prevajajo električni tok so prosti naboji dielektriki so snovi, ki ne prevajajo električnega toka ni prostih nabojev

Besedilo prosojnice: Zgradba kovin + + + + + + + + + + - - - - - - - - -

Besedilo prosojnice: Kovinski prevodnik v elektrostatičnem polju + + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Ev. Evn. Evn. -

Besedilo prosojnice: Kovinski prevodnik v elektrostatičnem polju E zunanji = E notranji. Skupaj=0 IZHOD: V prevodniku ni električnega polja. Celoten statični naboj prevodnika je koncentriran na njegovi površini.

Besedilo diapozitiva: Struktura dielektrika, struktura molekule kuhinjske soli NaCl, električni dipol - kombinacija dveh točkastih nabojev, enakih po velikosti in nasprotnih predznakov. Na Cl - - - - - - - - + - + -

Besedilo diapozitiva: Vrste dielektrikov Polarni Sestavljeni so iz molekul, v katerih središča porazdelitve pozitivnih in negativnih nabojev ne sovpadajo. Nepolarni Sestavljeni so iz molekul, v katerih središča porazdelitve pozitivnih in negativnih nabojev; dajatve ne sovpadajo. inertni plini, O2, H2, benzen, polietilen itd.

Besedilo prosojnice: Struktura polarnega dielektrika + - + - + - + - + - + -

Diapozitiv št. 10

Besedilo prosojnice: Dielektrik v električnem polju + - + + + + + + + - E ext. E notranji + - + - + - + - E notranji.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Diapozitiv št. 11

Besedilo prosojnice: Dielektrična konstanta medija - značilnost električnih lastnosti dielektrika E Eo - električna poljska jakost v vakuumu - električna poljska jakost v dielektriku - dielektrična konstanta medija = Eo E

Diapozitiv št. 12

Besedilo diapozitiva: Dielektrična konstanta snovi snov Dielektrična konstanta medija voda 81 kerozin 2,1 olje 2,5 parafin 2,1 sljuda 6 steklo 7

Diapozitiv št. 13

Besedilo diapozitiva: Coulombov zakon: električna poljska jakost, ki jo ustvari točkasti naboj: q1 q2 r 2 q r 2

Diapozitiv št. 14

Besedilo prosojnice: Naloga

Diapozitiv št. 15

Besedilo diapozitiva: Reševanje problema

Diapozitiv št. 16

Besedilo diapozitiva: Reševanje problemov

Diapozitiv št. 17

Besedilo diapozitiva: Reševanje problemov

Diapozitiv št. 18

Besedilo prosojnice: Test št. 1: Pozitivno nabito telo pripeljemo do treh stikajočih se plošč A, B, C. Plošče B, C so prevodnik, A je dielektrik. Kakšni naboji bodo na ploščah, ko ploščo B popolnoma izvlečemo? Možnosti odgovora

Diapozitiv št. 19

Besedilo diapozitiva: št. 2: Nabito kovinsko kroglico zaporedno potopimo v dve dielektrični tekočini (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

Diapozitiv št. 20

Besedilo diapozitiva: Št. 3: Ko je prostor med ploščama ploščatega kondenzatorja popolnoma zapolnjen z dielektrikom, se poljska jakost znotraj kondenzatorja spremeni 9-krat. Kolikokrat se je spremenila kapacitivnost kondenzatorja? A) Povečan za 3-krat. B) Zmanjšalo se je za 3-krat. C) Povečan 9-krat. D) Zmanjšalo se je za 9-krat. E) Ni se spremenilo.

Diapozitiv št. 21

Besedilo diapozitiva: Št. 4: Pozitiven naboj je bil postavljen v središče debelostenske nenaelektrene kovinske krogle. Katera od naslednjih slik ustreza vzorcu porazdelitve elektrostatičnih silnic?

Diapozitiv št. 22

Besedilo prosojnice: št. 5: Katera od naslednjih slik ustreza porazdelitvi poljskih črt za pozitivni naboj in ozemljeno kovinsko ravnino?

Diapozitiv št. 23

Besedilo diapozitiva: Literatura Kasyanov, V.A. Fizika, 10. razred [Besedilo]: učbenik za srednje šole / V.A. Kasjanov. – LLC “Drofa”, 2004. – 116 str. 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. razred”, “Razsvetljenje”, 2007

Diapozitiv št. 24

Besedilo diapozitiva: Vse =)

Na površini krogle stožci izrezujejo majhne sferične površine, ki jih lahko štejemo za ravne. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, ali Stožca sta si med seboj podobna, saj sta kota pri vrhu enaka. Iz podobnosti sledi, da so površine baz povezane kot kvadrati razdalj od točke A do mest oz. torej

Ekvipotencialne ploskve Na sliki je prikazan približen potek ekvipotencialnih ploskev za določen trenutek srčnega vzbujanja. V električnem polju je površina prevodnega telesa katere koli oblike ekvipotencialna površina. Črtkane črte označujejo ekvipotencialne površine, številke ob njih pa vrednost potenciala v milivoltih.

Dielektrična konstanta snovi Snov ε ε Plini in vodna para Dušik Vodik Zrak Vakuum Vodna para (pri t=100 ºС) Helij Kisik Ogljikov dioksid Tekočine Tekoči dušik (pri t= –198,4 ºС) Bencin Voda Tekoči vodik (pri t= –252, 9 ºС) Tekoči helij (pri t= –269 ºC) Glicerin 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Tekoči kisik (pri t= –192,4 ºС) Transformatorsko olje Alkohol Eter Trdne snovi Diamant Povoščen papir Suh les Led (pri t= – 10 ºС) Parafin, guma, sljuda, steklo, titan, barij, porcelan, jantar, 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 6,0–10,4–6,8 2,8

Literatura O. F. Kabardin “Fizika. Referenčni materiali". O. F. Kabardin "Fizika. Referenčni materiali". A. A. Pinsky "Fizika. Učbenik za 10. razred šol in razrede s poglobljenim študijem fizike." A. A. Pinsky "Fizika. Učbenik za 10. razred šol in razrede s poglobljenim študijem fizike." G. Ya. Myakishev "Fizika. Pouk elektrodinamike". G. Ya. Myakishev "Fizika. Pouk elektrodinamike". Revija "Quant". Revija "Quant".

1. Če zunanjega polja ni, so delci znotraj snovi razporejeni tako, da je električno polje, ki ga ustvarijo, enako nič. 2. V prisotnosti zunanjega polja pride do prerazporeditve nabitih delcev in nastane lastno električno polje snovi, ki je sestavljeno iz zunanjega polja E0 in notranjega E/, ki ga ustvarjajo nabiti delci snovi? Katere snovi imenujemo prevodniki? 3. Dirigenti -

• snovi s prisotnostjo prostih nabojev, ki sodelujejo pri toplotnem gibanju in se lahko premikajo po celotnem volumnu prevodnika

• 4. V odsotnosti zunanjega polja v prevodniku se prosti naboj "-" kompenzira z nabojem "+" ionske mreže. V električnem polju nastane prerazporeditev brezplačni stroški, zaradi česar se na njegovi površini pojavijo nekompenzirani naboji "+" in "-".
• Ta proces se imenuje elektrostatična indukcija, naboji, ki se pojavijo na površini prevodnika, pa so indukcijski naboji.

• 8. V dielektrikih (izolatorjih) ni prostih električnih nabojev. Sestavljeni so iz nevtralnih atomov ali molekul. Nabiti delci v nevtralnem atomu so med seboj vezani in se pod vplivom električnega polja ne morejo premikati po celotnem volumnu dielektrika.

• Voda, alkohol,
• dušikov oksid (4)

• inertni plini, kisik, vodik, benzen, polietilen.

• A) Potencialna energija nabojev
• B) Kinetična energija nabojev
• B) nič

• A) To so snovi, v katerih se nabiti delci pod vplivom električnega polja ne morejo premikati.
• B) To so snovi, v katerih se lahko nabiti delci gibljejo pod vplivom električnega polja.

• A) To je premik pozitivnih in negativnih vezanih nabojev dielektrika v nasprotnih smereh
• B) To je premik pozitivnih in negativnih vezanih nabojev dielektrika v eno smer
• B) To je razporeditev pozitivnih in negativnih nabojev dielektrika na sredini

• A) znotraj vodnika
• B) Na svoji površini

• 8. Nepolarni dielektriki so dielektriki, pri katerih so središča porazdelitve pozitivnih in negativnih nabojev...

• A) Dejstvo, da je električno polje znotraj prevodnika največje.
• B) na dejstvo, da v prevodniku ni električnega polja

• A) To je pozitivno nabit sistem nabojev
• B) To je negativno nabit sistem nabojev
• B) To je nevtralen sistem dajatev

Diapozitiv 2

Prevodniki in dielektriki v električnem polju Nabite delce, ki se lahko prosto gibljejo v električnem polju, imenujemo prosti naboji, snovi, ki jih vsebujejo, pa prevodniki. Prevodniki so kovine, tekoče raztopine in staljeni elektroliti. Prosti naboji v kovini so elektroni zunanjih lupin atomov, ki so izgubili stik z njimi. Ti elektroni, imenovani prosti elektroni, se lahko prosto gibljejo skozi kovinsko telo v katero koli smer. V elektrostatičnih pogojih, tj. ko električni naboj miruje, je električna poljska jakost znotraj prevodnika vedno enaka nič. Dejansko, če predpostavimo, da je v prevodniku še vedno polje, bodo na proste naboje, ki se nahajajo v njem, delovale električne sile, sorazmerne s poljsko jakostjo, in ti naboji se bodo začeli premikati, kar pomeni, da bo polje prenehalo biti elektrostatični. Tako v prevodniku ni elektrostatičnega polja.

Diapozitiv 3

Snovi, ki nimajo prostih nabojev, imenujemo dielektriki ali izolatorji. Primeri dielektrikov so različni plini, nekatere tekočine (voda, bencin, alkohol itd.), pa tudi številne trdne snovi (steklo, porcelan, pleksi steklo, guma itd.). Obstajata dve vrsti dielektrikov - polarni in nepolarni. V molekuli polarnega dielektrika se pozitivni naboji nahajajo pretežno v enem delu (»+« pol), negativni naboji pa v drugem (»-« pol). V nepolarnem dielektriku so pozitivni in negativni naboji enakomerno porazdeljeni po vsej molekuli. Električni dipolni moment je vektorska fizikalna količina, ki označuje električne lastnosti sistema nabitih delcev (razporeditev naboja) v smislu polja, ki ga ustvarja, in delovanja zunanjih polj nanj. Najenostavnejši sistem nabojev, ki ima določen (neodvisno od izbire izvora) različen od nič dipolni moment je dipol (dva točkasta delca z nasprotnimi naboji enake velikosti)

Diapozitiv 4

Absolutna vrednost električnega dipolnega momenta dipola je enaka zmnožku velikosti pozitivnega naboja in razdalje med nabojema in je usmerjena od negativnega naboja k pozitivnemu ali: kjer je q velikost nabojev , l je vektor z začetkom v negativnem naboju in koncem v pozitivnem. Za sistem N delcev je električni dipolni moment: Sistemske enote za merjenje električnega dipolnega momenta nimajo posebnega imena. V SI je preprosto Kl·m. Električni dipolni moment molekul se običajno meri v debyih: 1 D = 3,33564·10−30 C m.

Diapozitiv 5

Dielektrična polarizacija. Ko dielektrik vnesemo v zunanje električno polje, se v njem pojavi določena prerazporeditev nabojev, ki sestavljajo atome ali molekule. Zaradi takšne prerazporeditve se na površini dielektričnega vzorca pojavijo presežni nekompenzirani vezani naboji. Vsi nabiti delci, ki tvorijo makroskopske vezane naboje, so še vedno del svojih atomov. Vezani naboji ustvarjajo električno polje, ki je znotraj dielektrika usmerjeno nasproti vektorju zunanje poljske jakosti. Ta proces se imenuje dielektrična polarizacija. Posledično se izkaže, da je skupno električno polje znotraj dielektrika manjše od zunanjega polja v absolutni vrednosti. Fizikalna količina, ki je enaka razmerju med modulom zunanje električne poljske jakosti v vakuumu E0 in modulom celotne poljske jakosti v homogenem dielektriku E, se imenuje dielektrična konstanta snovi:

Diapozitiv 6

Obstaja več mehanizmov za polarizacijo dielektrikov. Glavni sta orientacijska in deformacijska polarizacija. Orientacijska ali dipolna polarizacija se pojavi v primeru polarnih dielektrikov, sestavljenih iz molekul, v katerih središča porazdelitve pozitivnih in negativnih nabojev ne sovpadajo. Takšne molekule so mikroskopski električni dipoli - nevtralna kombinacija dveh nabojev, enakih velikosti in nasprotnega znaka, ki se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega. Na primer, molekula vode, pa tudi molekule številnih drugih dielektrikov (H2S, NO2 itd.) Imajo dipolni moment. V odsotnosti zunanjega električnega polja so osi molekularnih dipolov naključno usmerjene zaradi toplotnega gibanja, tako da je na površini dielektrika in v katerem koli volumskem elementu električni naboj v povprečju enak nič. Ko dielektrik vnesemo v zunanje polje, pride do delne orientacije molekularnih dipolov. Posledično se na površini dielektrika pojavijo nekompenzirani makroskopski vezani naboji, ki ustvarjajo polje, usmerjeno proti zunanjemu polju.

Diapozitiv 7

Polarizacija polarnih dielektrikov je močno odvisna od temperature, saj ima toplotno gibanje molekul vlogo dejavnika dezorientacije. Iz slike je razvidno, da v zunanjem polju na nasprotna pola molekule polarnega dielektrika delujejo nasprotno usmerjene sile, ki skušajo molekulo zasukati vzdolž vektorja poljske jakosti.

Diapozitiv 8

Deformacijski (ali elastični) mehanizem se kaže med polarizacijo nepolarnih dielektrikov, katerih molekule nimajo dipolnega momenta v odsotnosti zunanjega polja. Pri elektronski polarizaciji pod vplivom električnega polja se elektronske lupine nepolarnih dielektrikov deformirajo - pozitivni naboji se premaknejo v smeri vektorja, negativni pa v nasprotni smeri. Posledično se vsaka molekula spremeni v električni dipol, katerega os je usmerjena vzdolž zunanjega polja. Na površini dielektrika se pojavijo nekompenzirani vezani naboji, ki ustvarjajo lastno polje, usmerjeno proti zunanjemu polju. Tako pride do polarizacije nepolarnega dielektrika. Primer nepolarne molekule je molekula metana CH4. V tej molekuli se štirikrat ioniziran ogljikov ion C4– nahaja v središču pravilne piramide, na vrhovih katere so vodikovi ioni H+. Ko se uporabi zunanje polje, se ogljikov ion premakne iz središča piramide in molekula razvije dipolni moment, ki je sorazmeren z zunanjim poljem.

Diapozitiv 9

V primeru trdnih kristalnih dielektrikov opazimo vrsto deformacijske polarizacije - tako imenovano ionsko polarizacijo, pri kateri se ioni različnih predznakov, ki sestavljajo kristalno mrežo, ob uporabi zunanjega polja premaknejo v nasprotnih smereh, kot zaradi česar se na kristalnih ploskvah pojavijo vezani (nekompenzirani) naboji. Primer takega mehanizma je polarizacija kristala NaCl, pri kateri iona Na+ in Cl– tvorita dve podmreži, ugnezdeni druga v drugo. V odsotnosti zunanjega polja je vsaka enota kristala NaCl električno nevtralna in nima dipolnega momenta. V zunanjem električnem polju sta obe podmreži zamaknjeni v nasprotni smeri, kar pomeni, da je kristal polariziran.

Diapozitiv 10

Slika prikazuje, da zunanje polje deluje na molekulo nepolarnega dielektrika, ki premika nasprotne naboje znotraj nje v različnih smereh, zaradi česar ta molekula postane podobna molekuli polarnega dielektrika, usmerjenega vzdolž poljskih linij. Deformacija nepolarnih molekul pod vplivom zunanjega električnega polja ni odvisna od njihovega toplotnega gibanja, zato polarizacija nepolarnega dielektrika ni odvisna od temperature.

Diapozitiv 11

Osnove pasovne teorije trdnih teles Pasovna teorija je eden glavnih razdelkov kvantne teorije trdnih snovi, ki opisuje gibanje elektronov v kristalih in je osnova sodobne teorije kovin, polprevodnikov in dielektrikov. Energijski spekter elektronov v trdni snovi se bistveno razlikuje od energijskega spektra prostih elektronov (ki je zvezen) ali spektra elektronov, ki pripadajo posameznim izoliranim atomom (diskreten z določenim naborom razpoložljivih ravni) – sestavljen je iz posameznih dovoljenih energijskih pasov. ločeni s prepovedanimi energijskimi pasovi. V skladu z Bohrovimi kvantno mehanskimi postulati lahko v izoliranem atomu energija elektrona sprejme strogo diskretne vrednosti (elektron ima določeno energijo in se nahaja v eni od orbital).

Diapozitiv 12

V primeru sistema več atomov, ki jih povezuje kemijska vez, se ravni elektronske energije razdelijo v količini, sorazmerni s številom atomov. Mero cepitve določa interakcija elektronskih lupin atomov. Z nadaljnjim dvigom sistema na makroskopski nivo postane število nivojev zelo veliko, razlika v energijah elektronov, ki se nahajajo na sosednjih orbitalah, pa temu primerno zelo majhna - energijski nivoji se razdelijo na dva skoraj zvezna diskretna niza - energija cone.

Diapozitiv 13

Najvišji od dovoljenih energijskih pasov v polprevodnikih in dielektrikih, v katerem so pri temperaturi 0 K vsa energetska stanja zasedena z elektroni, se imenuje valenčni pas, naslednji je prevodni pas. Na podlagi načela relativne razporeditve teh območij so vse trdne snovi razdeljene v tri velike skupine: prevodniki - materiali, v katerih se prevodni in valenčni pas prekrivata (ni energijske vrzeli), ki tvorita eno cono, imenovano prevodni pas (torej , se lahko elektron prosto giblje med njimi, ko je prejel dovoljeno nizko energijo); dielektriki - materiali, v katerih se območja ne prekrivajo in je razdalja med njimi večja od 3 eV (za prenos elektrona iz valenčnega pasu v prevodni pas je potrebna znatna energija, zato dielektriki praktično ne prevajajo toka); polprevodniki - materiali, pri katerih se pasovi ne prekrivajo in je razdalja med njimi (pasovna vrzel) v območju 0,1–3 eV (za prenos elektrona iz valenčnega v prevodni pas je potrebna manjša energija kot za dielektrik, zato so čisti polprevodniki šibko prevodni).

Diapozitiv 14

Pasovna vrzel (energijska vrzel med valenčnim in prevodnim pasom) je ključna količina v pasovni teoriji in določa optične in električne lastnosti materiala. Prehod elektrona iz valenčnega pasu v prevodni pas imenujemo proces generiranja nosilcev naboja (negativni - elektron in pozitivni - luknja), obratni prehod pa se imenuje proces rekombinacije.

Diapozitiv 15

Polprevodniki so snovi, katerih pasovna vrzel je reda velikosti nekaj elektronvoltov (eV). Na primer, diamant lahko uvrstimo med polprevodnike s široko vrzeljo, indijev arzenid pa med polprevodnike z ozko vrzeljo. Polprevodniki vključujejo številne kemične elemente (germanij, silicij, selen, telur, arzen in drugi), ogromno število zlitin in kemičnih spojin (galijev arzenid itd.). Najpogostejši polprevodnik v naravi je silicij, ki predstavlja skoraj 30 % zemeljske skorje. Polprevodnik je material, ki po svoji prevodnosti zavzema vmesni položaj med prevodniki in dielektriki in se od prevodnikov razlikuje po močni odvisnosti prevodnosti od koncentracije nečistoč, temperature in izpostavljenosti različnim vrstam sevanja. Glavna lastnost polprevodnika je povečanje električne prevodnosti z naraščajočo temperaturo.

Diapozitiv 16

Za polprevodnike so značilne tako lastnosti prevodnikov kot dielektrikov. V polprevodniških kristalih potrebujejo elektroni približno 1-2 10-19 J (približno 1 eV) energije, da se sprostijo iz atoma, v primerjavi s 7-10 10-19 J (približno 5 eV) za dielektrike, kar je značilno za glavno razliko med polprevodniki. in dielektriki. Ta energija se v njih pojavi z naraščanjem temperature (na primer pri sobni temperaturi je energijska raven toplotnega gibanja atomov 0,4·10−19 J), posamezni elektroni pa prejmejo energijo, da se ločijo od jedra. Zapustijo svoja jedra in tvorijo proste elektrone in luknje. Z naraščajočo temperaturo se poveča število prostih elektronov in lukenj, zato se v polprevodniku, ki ne vsebuje nečistoč, električna upornost zmanjša. Običajno se elementi z vezno energijo elektronov manj kot 2-3 eV štejejo za polprevodnike. Mehanizem prevodnosti elektronov in lukenj se kaže v naravnih (to je brez primesi) polprevodnikih. Imenuje se lastna električna prevodnost polprevodnikov.

Diapozitiv 17

Verjetnost prehoda elektrona iz valenčnega v prevodni pas je sorazmerna z (-Eg/kT), kjer je Eg prepovedani pas. Pri veliki vrednosti Eg (2-3 eV) se ta verjetnost izkaže za zelo majhno. Tako ima delitev snovi na kovine in nekovine zelo natančno podlago. Nasprotno pa delitev nekovin na polprevodnike in dielektrike nima takšne podlage in je povsem pogojna.

Diapozitiv 18

Lastna in primesna prevodnost Polprevodnike, v katerih se med ionizacijo atomov, iz katerih je zgrajen celoten kristal, pojavijo prosti elektroni in »luknje«, imenujemo polprevodniki z lastno prevodnostjo. V polprevodnikih z intrinzično prevodnostjo je koncentracija prostih elektronov enaka koncentraciji "lukenj". Prevodnost nečistoč Kristali s prevodnostjo nečistoč se pogosto uporabljajo za izdelavo polprevodniških naprav. Takšni kristali nastanejo z vnosom nečistoč z atomi peterovalentnega ali trivalentnega kemičnega elementa

Diapozitiv 19

Elektronski polprevodniki (n-tip) Izraz "n-tip" izhaja iz besede "negativen", ki se nanaša na negativni naboj večinskih nosilcev. Štirovalentnemu polprevodniku (na primer silicij) dodamo nečistočo pentavalentnega polprevodnika (na primer arzen). Med interakcijo vsak atom nečistoče vstopi v kovalentno vez z atomi silicija. Vendar pa v nasičenih valenčnih vezeh ni mesta za peti elektron arzenovega atoma, ki se odtrga in postane prost. V tem primeru prenos naboja izvaja elektron, ne luknja, to pomeni, da ta vrsta polprevodnika vodi električni tok kot kovine. Nečistoče, ki so dodane polprevodnikom in povzročijo, da ti postanejo polprevodniki tipa n, se imenujejo donorske nečistoče.

Diapozitiv 20

Luknjasti polprevodniki (p-tip) Izraz "p-tip" izhaja iz besede "positive", ki označuje pozitivni naboj večinskih nosilcev. Za to vrsto polprevodnikov je poleg baze nečistoč značilna luknjasta narava prevodnosti. Majhna količina atomov trivalentnega elementa (kot je indij) je dodana štirivalentnemu polprevodniku (kot je silicij). Vsak atom nečistoče vzpostavi kovalentno vez s tremi sosednjimi atomi silicija. Za vzpostavitev vezi s četrtim atomom silicija atom indija nima valenčnega elektrona, zato zgrabi valenčni elektron iz kovalentne vezi med sosednjimi atomi silicija in postane negativno nabit ion, kar povzroči nastanek luknje. Nečistoče, ki se v tem primeru dodajo, imenujemo akceptorske nečistoče.

Diapozitiv 21

Diapozitiv 22

Fizikalne lastnosti polprevodnikov so najbolj raziskane v primerjavi s kovinami in dielektriki. V veliki meri to olajšuje ogromno število učinkov, ki jih ni mogoče opaziti v eni ali drugi snovi, predvsem povezanih s strukturo pasovne strukture polprevodnikov in prisotnostjo precej ozke pasovne vrzeli. Polprevodniške spojine delimo na več vrst: preprosti polprevodniški materiali - sami kemični elementi: bor B, ogljik C, germanij Ge, silicij Si, selen Se, žveplo S, antimon Sb, telur Te in jod I. Germanij, silicij in selen. Ostali se najpogosteje uporabljajo kot dopanti ali kot komponente kompleksnih polprevodniških materialov. V skupino kompleksnih polprevodniških materialov spadajo kemične spojine, ki imajo polprevodniške lastnosti in vključujejo dva, tri ali več kemičnih elementov. Seveda je glavna spodbuda za študij polprevodnikov proizvodnja polprevodniških elementov in integriranih vezij.

Diapozitiv 23

Hvala za vašo pozornost!

Ogled vseh diapozitivov