1. Методичні рекомендації щодо введення основних понять розділу.

Одним з найважливіших завдань учителя фізики в навчальній роботі з фізики є формування фізичних понять - невід'ємної складової процесу формування і розвитку абстрактного і логічного мислення учнів. Рівень оволодіння учнями фізичними поняттями є свідченням їх успіхів у оволодінні знаннями і запорука їх подальшого руху в освоєнні навчального матеріалу.

Процес формування фізичних понять підпорядковується загальним закономірностям формування будь-яких інших понять. Проте на цей процес накладаються особливості фізики як науки. Такими особливостями є широка опора на чуттєвий аспект пізнання природи через спостереження і експеримент; використання таких категорій як фізична величина для кількісного вираження ознак, об'єднаних одним поняттям; органічне поєднання емпіричного і теоретичного методів пізнання.

При формування фізичних понять вчитель повинен з'ясувати і врахувати рівень початкових знань і понять учнів і відповідно цьому обрати стратегію роботи з учнями.

При вивченні теми «Напівпровідники» перед вчителем постає завдання сформувати наступні фізичні поняття: напівпровідники, дірка, власна провідність, домішкова провідність, прямий струм, зворотній струм, електронно-дірковий перехід (р-и-перехід).

Розглянемо яким чином можна ввести ці поняття.

Напівпровідники. У другій половині XX ст. увагу фізиків привернули кристали, властивості яких помітно відрізнялися від інших кристалічних речовин: вони проводили електричний струм, але гірше, ніж метали; їхній питомий опір (на відміну від металів) з підвищенням температури зменшувався. Назвали їх напівпровідниками. Подальше вивчення властивостей цих незвичайних речовин привело до виявлення в них низки чудових властивостей, які тепер використовують у різних галузях науки і техніки, побуті.

27

6. Методичні рекомендації щодо введення основних понять розділу.

Одним з найважливіших завдань учителя фізики в навчальній роботі з фізики є формування фізичних понять - невід'ємної складової процесу формування і розвитку абстрактного і логічного мислення учшв. Рівень оволодіння учнями фізичними поняттями є свідченням їх успіхів у оволодінні знаннями і запорука їх подальшого руху в освоєнні навчального матеріалу.

Процес формування фізичних понять підпорядковується загальним закономірностям формування будь-яких інших понять. Проте на цей процес накладаються особливості фізики як науки. Такими особливостями є широка опора на чуттєвий аспект пізнання природи через спостереження і експеримент; використання таких категорій як фізична величина для кількісного вираження ознак, об'єднаних одним поняттям; органічне поєднання емпіричного і теоретичного методів пізнання.

При формування фізичних понять вчитель повинен з'ясувати і врахувати рівень початкових знань і понять учнів і відповідно цьому обрати стратегію роботи з учнями.

При вивченні теми «Напівпровідники» перед вчителем постає завдання сформувати наступні фізичні поняття: напівпровідники, дірка, власна провідність, домішкова провідність, прямий струм, зворотній струм, електронно-дірковий перехід (^-«-перехід).

Розглянемо яким чином можна ввести ці поняття.

Напівпровідники. У другій половині XX ст. увагу фізиків привернули кристали, властивості яких помітно відрізнялися від інших кристалічних речовин: вони проводили електричний струм, але гірше, ніж метали; їхній питомий опір (на відміну від металів) з підвищенням температури зменшувався. Назвали їх напівпровідниками. Подальше вивчення властивостей цих незвичайних речовин привело до виявлення в них низки чудових властивостей,

які тепер використовують у різних галузях науки і техніки, побуті.

27

Напівпровідники - це речовини. Які за значенням свого питомого електричного опору займають проміжне положення між металами (р = 1(Г⁷ -10~^&Ом-м) та діелектриками (р > \0~^&0м-м), при цьому їхній питомий опір швидко спадає при підвищенні температури. [6,576]

Дірка. Розглянемо кристал кремнію. Під час його нагрівання кінетична енергія валентних електронів зростає, і окремі зв’язки розриваються. Звільненні від зв’язків електрони стають вільними та починають хаотично рухатися всередині кристалу. Там, звідки електрон вирвався,з’являється дірка яка має позитивний заряд.

Дірка - вакантне місце в кристалічній решітці напівпровідника, утворене внаслідок розриву парно-електронного хімічного зв’язку даного атома.

Іншими словами: дірка - місце з недостачею одного електрона. [6,578] Власна провідність. Кількості вільних електронів та дірок у напівпровіднику рівні. За відсутності електричного поля дірки як і вільні електрони, хаотично рухаються в кристалі.

Якщо до такого кристалу прикласти напругу, то вільні електрони будуть рухатися в певному напрямку («-провідність), тобто створюватимуть електричний струм. У цей же час на хаотичний рух дірок буде накладатися їх рух вздовж ліній напруженості поля (р-провідність).

Отже, у чистому (без домішок) напівпровіднику провідність створюється як вільними електронами, так і електронами, що утворюють зв’язки між атомами у кристалі. Така провідність дістала назву власної провідності напівпровідників. [3,272]

Домішкова провідність. У напівпровіднику, крім власної провідності, може виникати додаткова, так звана домішкова провідність. Якщо до чистого напівпровідника внести незначну кількість атомів іншого хімічного елемента, одержимо домішко вий напівпровідник, електропровідність якого значно

перевищуватиме електропровідність власного напівпровідника.

28

Домішкова провідність напівпровідників - це провідність зумовлена внесенням у напівпровідник атомів домішок з валентністю більшою або меншою, ніж в атомів чистого напівпровідника.

Наприклад, якщо в кристалічній решітці Германію, який має чотири валентних електрони, один із атомів замінити атомом п’ятивалентного елемента, наприклад миш ’яку (Аб) (рис.З), то його чотири валентних електрони будуть брати участь у ковалентних зв’язках із сусідніми атомами Германію, а п’ятий електрон буде «зайвим». Він буде значно слабше зв’язаний із своїм атомом і легко може його залишити і стати вільним електроном провідності.

Атоми, що віддають «зайві» електрони в кристали напівпровідників називають донорами. Напівпровідники такого типу називають електронними або напівпровідниками п-типу.

Провідність п-типу,або електронна провідність, - електропровідність донорних напівпровідників, яка зумовлена рухом електронів.

Якщо в кристалічній решітці Германію один із атомів замінити атомом трьохвалентного елемента, наприклад Індію (Іп) (рис. 4), то для повного комплекту ковалентних зв’язків, необхідних для решітки Германію, не буде вистачати одного електрона. Утворюється вакансія, яка може бути заповнена за рахунок захоплення електрона сусіднього атома Германію. Тоді на місці захопленого електрона в атомі Германію утворюється дірка. В свою черіу ця дірка може бути заповнена електроном із наступного сусіднього атома Германію. В електричному полі дірка почне рухатися в напрямку вектора напруженості, аналогічно до переміщення позитивно зарядженої часточки.

Атоми, що утворюють у ковалентних зв’язках вакансії, називають акцепторами. Напівпровідники такого типу називають дірковими або напівпровідниками р-типу.

Провідність р-типу, або діркова провідність - домішкова провідність напівпровідників, зумовлена рухом дірок. [6,579-580]

29

Електронно-дірковий перехід (р-п-перехід).

При контакті двох напівпровідників з різними типами провідності буде відбуватися взаємна дифузія зарядів через контакт напівпровідників. Електрони із «-напівпровідника будуть дифундувати в дірковий ^-напівпровідник. В результаті із об’єму «-напівпровідника, що граничить із контактом, перемістяться електрони, у цьому об’ємі буде недостатня кількість електронів, і поблизу границі в ньому утвориться надлишковий позитивний заряд. Дифузія дірок із р-напівпровідника по аналогічних причинах призведе до виникнення поблизу границі р-напівпровідника надлишкового негативного заряду. В результаті на границі електронно-діркового переходу утворюється запірний електричний шар товщиною /. Запірний шар має підвищений опір у порівнянні із рештою об’єму напівпровідника.

Область монокристала напівпровідника, в якій провідність змінюється із електронної на діркову або навпаки, називають електронно-дірковим або р-п- переходом.

Прямий струм.

Зовнішнє електричне поле впливає на опір запірного електричного поля. Якщо «-напівпровідник підключений до негативного полюсу джерела, а плюс джерела підключений до р-напівпровідника, то під дією електричного поля електрони «-напівпровідника та дірки р-напівпровідника будуть рухатися на зустріч один одному до границі поділу напівпровідників. Електрони, переходячи границю, «заповнюють» дірки. При такому прямому (пропускному) напрямку зовнішнього електричного поля товщина запірного шару та його опір неперервно зменшуються (рис.6). у цьому напрямку електричний струм проходить через границю двох напівпровідників і такий струм називають прямим струмом.

Зворотній струм.

зо

Якщо ^-напівпровідник підключений до негативного полюсу джерела, а плюс джерела підключений до «-напівпровідника, то під дією електричного поля електрони «-напівпровідника та дірки р-напівпровідника будуть рухатися у протилежні сторони від границі поділу напівпровідників (рис.7). Це призводить до потовщення запірного шару та збільшення його опору. Напрям зовнішнього електричного поля, що розширює запірний шар, називають запірним (зворотнім). При такому напрямку зовнішнього поля електричний струм через контакт двох напівпровідників практично не проходить і такий струм називають зворотнім струмом.

зі

Етапи	Тривалість	Методи, що застосовуються
Актуалізація знань	5хв	Коментарі вчителя
Пояснення нового матеріалу	25хв	Коментарі вчителя, відповіді учнів на запитання. Проведення демонстрацій
Закріплення нового матеріалу	ІОхв	Розв’язування задач.
Завдання до дому	5хв	Коментарі вчителя