- •1. Механическое движение. Виды механического движения. Система отсчёта. Скорость. Сложение скоростей в классической и релятивистской механике.
- •Виды механического движения
- •2. Электрическая ёмкость. Конденсаторы. Энергия конденсатора. Применение конденсаторов.
- •2. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный газовый разряд. Виды газового разряда, применение. Электрический ток в газах.
- •1. Масса и её измерение. Сила, сложение сил. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.
- •2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Закон Фарадея. Техническое применение электролиза.
- •2. Получение копий с предметов при помощи электролиза (гальвано¬пластика).
- •3. Рафинирование (очистка) металлов.
- •1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение в природе и технике. Значение работ к.Э.Циолковского для космонавтики.
- •2. Электрический ток в полупроводниках: зависимость сопротивления от внешних условий. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
- •1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес тела. Невесомость.
- •2. Полупроводниковый диод, р-п - переход и его свойства. Применение полупроводниковых приборов.
- •1. Силы упругости. Закон Гука. Деформации, виды упругих деформаций.
- •2. Магнитное поле. Магнитная индукция, линии магнитной индукции. Сила Ампера. Сила Лоренца.
- •1. Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.
- •2. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •1. Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Превращение энергии при механических колебаниях.
- •2. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
- •1. Распространение колебаний в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Скорость волны. Длина волны.
- •2. Термоядерная реакция. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики. Борьба России за устранение угрозы ядерной войны.
- •1. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изопроцессы. Использование свойств газов в технике
- •2. Электромагнитные волны и их свойства. Принцип радиосвязи. Модуляция, детектирование. Изобретение радио, современные средства связи.
- •1. Температура и её измерение. Абсолютная температура. Температура - мера средней кинетической энергии движения молекул.
- •1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс.
- •2. Вынужденные электромагнитные колебания. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство и передача электроэнергии, энергосбережение в быту и на производстве.
- •1. Тепловые двигатели. Кпд тепловых двигателей. Тепловые двигатели и экология.
- •2. Дисперсия света. Спектроскоп, спектрограф.
- •1. Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.
- •2. Спектр электромагнитных излучений. Виды излучений, их практическое применение.
- •1. Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Графическое представление электрических полей.
- •2. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение и его применение.
- •1. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектр испускания и поглощения. Спектральный анализ и его применение.
- •2. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и период колебаний.
- •1. Квантовые свойства света. Фотоэлектрический эффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта в технике.
- •2. Линзы. Оптическая сила линзы. Формула тонкой линзы. Построение изображения в тонкой линзе.
- •1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора.
- •2. Звуковые волны. Скорость звука. Громкость, высота тона. Ультразвук, применение.
- •1. Состав ядра атома. Изотопы. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра атома.
- •2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение
- •1. Цепная ядерная реакция и условия её существования. Ядерный реактор.
- •2. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха и её измерение.
- •1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений, методы их регистрации. Биологическое действие ионизирующих излучений.
- •2. Кристаллические и аморфные тела. Анизотропия кристаллов.
2. Электрический ток в полупроводниках: зависимость сопротивления от внешних условий. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
Электрический Ток в Полупроводниках
Полупроводниками назвали класс веществ, у которых с повышением температуры увеличивается проводимость, уменьшается электрическое сопротивление. Этим полупроводники принципиально отличаются от металлов.
Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены кова-лентной связью. При любых температурах в полупроводниках имеются свободные электроны. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов кристаллической решетки приводит к превращению этого атома в положительный ион. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон у одного из соседних атомов. Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном. Внешне этот процесс воспринимается как перемещение положительного электрического заряда, называемого дыркой.
При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение дырок - дырочный ток проводимости.
В идеальном полупроводниковом кристалле электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Проводимость в идеальных полупроводниках называется собственной проводимостью.
Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси бывают двух типов - донорные и акцепторные.
Примеси, отдающие электроны и создающие электронную проводимость, называются донорными (примеси, имеющие валентность больше, чем у основного полупроводника). Полупроводники, в которых концентрация электронов превышает концентрацию дырок, называют полупроводниками n-типа.
Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом число электронов проводимости, называют акцепторными (примеси имеющие валентность меньше, чем у основного полупроводника).
При низких температурах основными носителями тока в полупроводниковом кристалле с акцепторной примесью являются дырки, а не основными носителями - электроны. Полупроводники, в которых концентрация дырок превышает концентрацию электронов проводимости, называют дырочными полупроводниками или полупроводниками р-типа. Рассмотрим контакт двух полупроводников с различными типами проводимости.
Через границу этих полупроводников происходит взаимная диффузия основных носителей: электроны из n-полупроводника диффундируют в р-полупроводник, а дырки из р-полупроводника в n-полупроводник. В результате участок n-полупроводника, граничащий с контактом, будет обеднен электронами, и в нем образуется избыточный положительный заряд, обусловленный наличием оголенных ионов примеси. Движение дырок из р-полупроводника в n-полупроводник приводит к возникновению избыточного отрицательного заряда в пограничном участке р-полупроводника. В результате образуется двойной электрический слой, и возникает контактное электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей заряда. Этот слой называют запирающим.
Внешнее электрическое поле влияет на электропроводность запирающего слоя. Если полупроводники подключены к источнику так, как показано на рис. 55, то под действием внешнего электрического поля основные носители заряда - свободные электроны в п-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике - будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников, при этом толщина p-n-перехода уменьшается, следовательно, уменьшается его сопротивление. В этом случае сила тока ограничивается внешним сопротивлением. Такое направление внешнего электрического поля называется прямым. Прямому включению p-n-перехода соответствует участок 1 на вольт-амперной характеристике (см. рис. 57).
Носители электрического тока в различных средах и вольт-амперные характеристики обобщены в табл. 1.
Если полупроводники подключены к источнику так, как показано на рис. 56, то электроны в п-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике будут перемещаться под действием внешнего электрического поля от границы в противоположные стороны. Толщина запирающего слоя и, следовательно, его сопротивление увеличиваются. При таком направлении внешнего электрического поля - обратном (запирающем) через границу раздела проходят только неосновные носители заряда, концентрация которых много меньше, чем основных, и ток практически равен нулю. Обратному включению р-п-перехода соответствует участок 2 на вольт-амперной характеристике (рис. 57).
Таким образом, р-п-переход обладает несимметричной проводимостью. Это свойство используется в полупроводниковых диодах, содержащих один p-n-переход и применяемых, например, для выпрямления переменного тока или детектирования.
Полупроводники находят широкое применение в современной электронной технике.
Зависимость электрического сопротивления полупроводниковых металлов от температуры используется в специальных полупроводниковых приборах - терморезисторах. Приборы, в которых используется свойство полупроводниковых кристаллов изменять свое электрическое сопротивление при освещении светом, называются фоторезисторами.
Собственная и примесная проводимость полупроводников
По значению своего удельного сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Однако деление веществ на группы по их удельным сопротивлениям условно, так как под действием ряда факторов (нагревание, облучение, наличие примесей) удельное сопротивление многих веществ изменяется, причем у полупроводников весьма значительно. Если у металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается, то у полупроводников уменьшается.
К полупроводникам относят 12 химических элементов в средней части периодической системы, многие оксиды и сульфиды металлов, некоторые органические вещества. Наибольшее применение в науке и технике имеют германий и кремний.
Различают полупроводники собственные (т.е. беспримесные) и примесные. Примесные делят на донорные и акцепторные.
Проводимость собственных полупроводников
Рассмотрим механизм на примере кремния. Кремний обладает атомной пространственной решеткой с ковалентным типом связи между атомами. При абсолютных температурах, близких к абсолютному нулю, все связи являются заполненными, т.е. свободных заряженных частиц в кристалле нет. При нагревании или облучении некоторые парноэлектронные связи разрываются, появляются свободные электроны и вакантные места, называемые дырками.
У собственных полупроводников число появившихся при разрыве связей электронов и дырок одинаково, т.е. проводимость собственных полупроводников в равной степени обеспечивается свободными электронами и дырками.
Проводимость примесных полупроводников
Если внедрить в полупроводник примесь с валентностью большей, чем у собственного полупроводника, то образуется донорный полупроводник.(Например, при внедрении в кристалл кремния пятивалентного мышьяка. Один из пяти валентных электронов мышьяка остается свободным). В донорном полупроводнике электроны являются основными, а дырки неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называют полупроводниками n- типа, а проводимость электронной.
Если внедрять в полупроводник примесь с валентностью меньшей, чем у собственного полупроводника, то образуется акцепторный полупроводник. (Например, при внедрении в кристалл кремния трехвалентного индия. У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парноэлектронной связи с одним из соседних атомов кремния. Каждая из таких незаполненных связей является дыркой). В акцепторных полупроводниках дырки являются основными, а электроны неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называются полупроводниками p- типа, а проводимость дырочной.
________________________________________
Билет 6.