Вступ.
Актуальність роботи.
Швидкими темпами розвивається наука й техніка, дедалі більше скорочуються відстані в часі між новими науковими відкриттями і їх практичним втіленням. Особливо це стосується фізики напівпровідників. Вона є однією з молодих, швидко розвиваючих галузей сучасної науки і техніки, в якій яскраво проявився тісний зв'язок теорії і практики, науки і виробництва.
Вивчення напівпровідників допомогло значному розширенню і поглибленню знань про будову твердих тіл, про природу електричних явищ, які протікають в них .
За короткий час бурхливого розвитку набула напівпровідникова техніка, яка зробила переворот в радіоелектроніці. Зараз неможливо знайти галузь сучасного виробництва, в якій би не застосовувались ті чи інші напівпровідникові прилади. Важко переоцінити ту роль, яку вони відіграють у сучасній науці і техніці. Проте значний прогрес цих областей науки безпосередньо пов'язаний з розвитком теоретичних та експериментальних методів дослідження фізико-хімічних властивостей напівпровідникових матеріалів.
Подальший розвиток науки й техніки потребує підвищення якості підготовки молодого покоління, в тому числі його фізичної освіти. У зв'язку з цим виникає потреба систематично поновлювати шкільний курс фізики, вводити в нього нові теми, що відображають найбільш фундаментальні наукові і технічні відкриття. Саме тому до шкільного курсу фізики й було введено тему "Електричний струм у напівпровідниках". Ця тема містить значний обсяг матеріалу, на вивчення якого відводиться дуже мала кількість годин (4-5 годин).
Питання про напівпровідники вивчаються в школі один раз у 10 класі. Отже, основний навчальний матеріал цієї теми десятикласники повинні засвоїти досить глибоко і міцно.
Проте методика викладання напівпровідників в школі розроблена це недостатньо, зокрема немає повного з'ясування питань щодо змісту навчального матеріалу та послідовності його вивчення у шкільному курсі фізики. Мало приділяється уваги методиці і техніці демонстраційного і лабораторного експерименту, підбору навчального обладнання по напівпровідниках. Усе це призводить до певного знецінення учнями знань теми та зменшення тієї ролі, яку вона відіграє у сучасній науці і техніці. Просистематизувавши основні методичні підходи викладання теми "Електричний струм у напівпровідниках" і врахувавши досвід викладання теми вчителями, нагромаджений протягом педагогічної практики, ми розробили удосконалену методику, яку й подано в дипломній роботі. Об'єкт дослідження.
Процес формування понять теми "Електричний струм у напівпровідниках" в загальноосвітній школі. Мета роботи.
1.
Провести аналіз наукової, методичної та науково-методичної літератури,
програм,
навчальних підручників з теми роботи.
2.
Систематизувати основні методичні підходи щодо викладання даної теми в
шкільному
курсі фізики.
3.
Розробити нову методику вивчення теми "Електричний
струм у
напівпровідниках" та провести її апробацію в загальноосвітніх школах.
Теоретичне значення роботи.
Удосконаливши методику викладання даної теми ми підвищуємо рівень та якість знань і умінь учнів, що й визначає успіх вивчення напівпровідників у школі.
Практичне значення роботи.
Результати роботи, тобто розроблену нами методику, можна використати вчителям, методистам, студентам старших курсів та викладачам на уроках фізики при викладанні даної теми в загальноосвітніх школах.
1.1.Будова й електричні властивості напівпровідників.
Напівпровідники - це речовини, які за своєю електропровідністю займають проміжне місце між провідниками й діелектриками і, на відміну від металів, мають від'ємний температурний коефіцієнт опору (принаймні в певних інтервалах температури опір напівпровідників при їх нагріванні зменшується)[19]. Крім того, електропровідність напівпровідників залежить від різних зовнішніх впливів (освітлення механічних деформацій, дії рентгенівського та радіоактивного випромінювання тощо). На величину напівпровідників значно впливають домішки [1, 2, 3].
Величина питомого опору напівпровідників лежить у межах від 10"6 до 104
проте ці межі цілком умовні.
З такими властивостями є багато речовин. Більшість твердих тіл (мінералів), з якими ми зустрічаємось, являються фактично напівпровідниками. Майже всі окисли, сульфіди (сполуки металів з сіркою), селеніди (сполуки металів з селеном), телуриди (сполуки металів з телуром), сполуки елементів III і IV груп періодичної системи елементів Менделєєва і багато інших речовин володіють напівпровідниковими властивостями. Крім того, є хімічні елементи, які в чистому вигляді в різних умовах мають напівпровідникові властивості.
На рис. 1.1.1 подано групу елементів періодичної системи, які мають напівпровідникові властивості. Ця група обведена жирною лінією [2].
Зліва, зверху від індексу елемента вказаний
порядковий номер елемента; зліва, знизу - електронегативність елемента.
Цифрою справа, знизу позначена ширина забороненої зони
в напівпровіднику.
Зліва і знизу від напівпровідникової групи елементів розміщені метали, які добре проводять електричний струм. Вони характеризуються слабкими зв'язками валентних електронів з атомами.
|
|
Справа і зверху цієї групи розміщені елементи, які в твердому вигляді
володіють властивостями ізолятора. Для них характерна значна подібність з електронами (прагнення приєднати до себе електрони) при хімічних сполуках з металами.
Усі напівпровідники поділяють на три великих групи[4]:
1)
атомні напівпровідники (мають атомну кристалічну решітку) — бор,
кремній,
фосфор, сірка, германій, селен, цирконій, сіре олово та ін. Ці елементи
належать
до IV, V, VI груп періодичної системи елементів
Менделєєва і
становлять
компактну групу, вліво від якої розміщені елементи з вираженими
металевими
властивостями, вправо — з металоїдними;
2)
напівпровідники з іонною кристалічною решіткою, в якій атоми зв'язані
кулонівськими
силами, наприклад
3) напівпровідникові сполуки
з валентними зв'язками, в яких атоми
утворюють кристали типу
однієї гігантської молекули (карбід кремнію,
антимонід індію, арсенід галію та
ін.).
Електричні властивості напівпровідників залежать від освітленості, дії зовнішніх полів, температури, домішок тощо[4, 5, 6,]. Характерною є температурна залежність питомої електропровідності напівпровідника, вона визначається експоненціальним законом.
де Т — абсолютна температура;
— константа, характерна для даного напівпровідника;
к — стала Больцмана;
— енергія
активації, тобто енергія, потрібна для переведення електронів з
валентної зони в зону провідності.
При Т = О К напівпровідники є ізоляторами, а при високих температурах їх електропровідність наближається до провідності металів. З підвищенням температури електропровідність напівпровідників зростає, тоді як у металів вона зменшується[4, 5,6].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
