"Elektr maydonidagi o'tkazgichlar" mavzusidagi taqdimot. "O'tkazgichlar va dielektriklar" mavzusidagi taqdimot Elektrostatik maydondagi o'tkazgichlar mavzusida taqdimot

Elektr maydonidagi o'tkazgichlar Erkin zaryadlar - elektr maydoni ta'sirida harakat qila oladigan bir xil belgidagi zaryadlangan zarralar Bog'langan zaryadlar - elektr toki ta'sirida bir-biridan mustaqil harakat qila olmaydigan atomlarni (yoki molekulalarni) tashkil etuvchi qarama-qarshi zaryadlar. maydon moddalar o'tkazgichlar dielektriklar yarim o'tkazgichlar

Har qanday vosita elektr maydon kuchini zaiflashtiradi

Muhitning elektr xarakteristikalari undagi zaryadlangan zarrachalarning harakatchanligi bilan belgilanadi

Supero'tkazuvchilar metall, tuzlar, kislotalar eritmalari, nam havo, plazma, inson tanasi

Bu elektr maydoni ta'sirida harakatlanishi mumkin bo'lgan etarli miqdordagi erkin elektr zaryadlarini o'z ichiga olgan tanadir.

Agar zaryadsiz o'tkazgich elektr maydoniga kiritilsa, u holda zaryad tashuvchilar harakatlana boshlaydi. Ular shunday taqsimlanadiki, ular tomonidan yaratilgan elektr maydoni tashqi maydonga qarama-qarshi bo'ladi, ya'ni o'tkazgich ichidagi maydon zaiflashadi. O'tkazgichdagi zaryadlar muvozanati shartlari bajarilmaguncha zaryadlar qayta taqsimlanadi, ya'ni:

elektr maydoniga kiritilgan neytral o'tkazgich kuchlanish chiziqlarini buzadi. Ular manfiy induksiyalangan zaryadlar bilan tugaydi va musbat zaryadlardan boshlanadi.

Zaryadlarning fazoviy ajralish hodisasi elektrostatik induksiya deyiladi. Induktsiyalangan zaryadlarning o'z maydoni yuqori daraja aniqlik o'tkazgich ichidagi tashqi maydonni qoplaydi.

Agar konduktor bo'lsa ichki bo'shliq, keyin bo'shliq ichida maydon ham yo'q bo'ladi. Ushbu holat uskunani elektr maydonlaridan himoya qilishni tashkil qilishda qo'llaniladi.

O'tkazgichning tashqi elektrostatik maydonda mavjud bo'lgan musbat va manfiy zaryadlarni teng miqdorda ajratish orqali elektrlashtirilishi elektrostatik induksiya hodisasi deb ataladi va qayta taqsimlangan zaryadlarning o'zi induktsiya deb ataladi. Ushbu hodisa zaryadsiz o'tkazgichlarni elektrlashtirish uchun ishlatilishi mumkin.

Zaryadlanmagan o'tkazgich boshqa zaryadlangan o'tkazgich bilan aloqa qilish orqali elektrlashtirilishi mumkin.

O'tkazgichlar yuzasida zaryadlarning taqsimlanishi ularning shakliga bog'liq. Maksimal zaryad zichligi nuqtalarda kuzatiladi, depressiyalar ichida esa minimal darajaga tushiriladi.

Elektr zaryadlarining o'tkazgichning sirtga yaqin qatlamida to'planish xususiyati elektrostatik usul bilan sezilarli potentsial farqlarni olish uchun ishlatilgan. Shaklda. elementar zarrachalarni tezlashtirish uchun ishlatiladigan elektrostatik generatorning diagrammasi berilgan.

Sferik o'tkazgich 1 katta diametri izolyatsion ustunda joylashgan 2. Yopiq dielektrik lenta 3 kolonna ichida harakatlanadi, barabanlar bilan harakatlanadi 4. Yuqori kuchlanishli generatordan uchli o'tkazgichlar tizimi 5 va tuproqli plastinka orqali eklektik zaryad lentaga o'tkaziladi. 6 lentaning orqa tomonida joylashgan.Zaryadlar lentadan 7-nuqta sistemasi orqali chiqariladi va o'tkazuvchi sharga quyiladi. Sferada to'planishi mumkin bo'lgan maksimal zaryadning qiymati sferik o'tkazgich yuzasidan oqish bilan belgilanadi. Amalda, diametri 10-15 m bo'lgan shunga o'xshash dizayndagi generatorlar 3-5 million voltlik tartibdagi potentsial farqni olish uchun ishlatilishi mumkin. Sfera zaryadini oshirish uchun butun struktura ba'zan siqilgan gaz bilan to'ldirilgan qutiga joylashtiriladi, bu esa ionlanish intensivligini pasaytiradi.

http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg

http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html

http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG

ELEKTR MAYDONDAGI O'tkazgichlar VA DIELEKTRIK

Asosiy kurs


  • Supero'tkazuvchilar - o'zboshimchalik bilan kuchsiz elektr maydoni ta'sirida harakatlanishi mumkin bo'lgan erkin elektr zaryadlari mavjud bo'lgan moddalar.

dirijyorlar

IONLANGAN

GAZLAR

METALLAR

ELEKTROLITLAR




Elektrostatik himoya- elektr o'tkazuvchan materialning (masalan, metall) yopiq qobig'i ichida "yashirish" orqali elektr maydonini himoya qilish mumkin bo'lgan hodisa.

Elektrostatik himoya.


Bu hodisa 1836 yilda Maykl Faraday tomonidan kashf etilgan. U tashqi elektr maydoni tuproqli metall qafas ichiga kira olmasligini payqadi. Ish printsipi Faraday qafaslari tashqi elektr maydon ta'sirida metalldagi erkin elektronlar harakatlana boshlaydi va hujayra yuzasida bu tashqi maydonni to'liq qoplaydigan zaryad hosil qiladi.




Dielektriklar (yoki izolyatorlar) elektr tokini nisbatan yomon o'tkazadigan moddalardir (o'tkazgichlarga nisbatan).

  • Dielektriklarda barcha elektronlar bog'langan, ya'ni ular alohida atomlarga tegishli bo'lib, elektr maydoni ularni yirtib tashlamaydi, faqat ularni biroz siqib chiqaradi, ya'ni ularni qutblaydi. Shuning uchun dielektrik ichida elektr maydoni mavjud bo'lishi mumkin, dielektrik elektr maydoniga ma'lum ta'sir ko'rsatadi.

Dielektriklar quyidagilarga bo'linadi qutbli Va qutbsiz .


Polar dielektriklar

musbat va manfiy zaryadlarning tarqalish markazlari mos kelmaydigan molekulalardan iborat. Bunday molekulalar ikkita bir xil modulli qarama-qarshi nuqta sifatida ifodalanishi mumkin to'lovlar bir-biridan ma'lum masofada joylashgan, deyiladi dipol .


Qutbsiz dielektriklar

musbat va manfiy zaryadlarning tarqalish markazlari mos keladigan atom va molekulalardan iborat.


Polar dielektriklarning qutblanishi.

  • Polar dielektrikning elektrostatik maydonga joylashishi (masalan, ikkita zaryadlangan plastinka orasiga) maydon bo'ylab oldindan tasodifiy yo'naltirilgan dipollarning burilishi va siljishiga olib keladi.

Orqaga aylanish dipolning ikkita zaryadiga maydon tomonidan qo'llaniladigan bir juft kuch ta'sirida sodir bo'ladi.

Dipollarning siljishi qutblanish deyiladi. Biroq, termal harakat tufayli faqat qisman polarizatsiya sodir bo'ladi. Dielektrik ichida dipollarning musbat va manfiy zaryadlari bir-birini kompensatsiya qiladi va dielektrik yuzasida bog'langan zaryad paydo bo'ladi: musbat zaryadlangan plastinka tomonida manfiy va aksincha.



Qutbsiz dielektriklarning qutblanishi

Elektr maydonidagi qutbsiz dielektrik ham qutblanadi. Elektr maydoni ta'sirida molekuladagi musbat va manfiy zaryadlar qarama-qarshi yo'nalishda siljiydi, shuning uchun qutbli molekulalarda bo'lgani kabi zaryad taqsimot markazlari siljiydi. Maydon tomonidan induktsiya qilingan dipolning o'qi maydon bo'ylab yo'naltirilgan. Zaryadlangan plitalarga ulashgan dielektrik sirtlarda bog'langan zaryadlar paydo bo'ladi.


Polarizatsiyalangan dielektrikning o'zi elektr maydonini hosil qiladi.

Bu maydon dielektrik ichidagi tashqi elektr maydonini zaiflashtiradi

Ushbu zaiflashuv darajasi dielektrikning xususiyatlariga bog'liq.

Vakuumdagi maydonga nisbatan moddadagi elektrostatik maydon kuchining pasayishi muhitning nisbiy o'tkazuvchanligi bilan tavsiflanadi.



Elektr maydonidagi o'tkazgichlar

Elektr maydonidagi dielektriklar

1. Erkin elektronlar mavjud

1. Bepul to'lov tashuvchilar yo'q.

2.o‘tkazgich yuzasida elektronlar yig‘iladi

2. Elektr maydonida molekulalar va atomlar shunday aylanadiki, bir tomondan dielektrikda ortiqcha musbat zaryad, ikkinchi tomondan esa manfiy zaryad paydo bo'ladi.

3. Supero'tkazuvchilar ichida elektr maydoni yo'q

3. Supero'tkazuvchilar ichidagi elektr maydoni e marta zaiflashadi.

4. O'tkazgichni elektr maydonida 2 qismga bo'lish mumkin va har bir qism turli belgilar bilan zaryadlanadi.

4. Elektr maydonida dielektrikni 2 qismga bo'lish mumkin, lekin ularning har biri zaryadsiz bo'ladi.


Nazorat savollari

1 . Qanday moddalar o'tkazgichlar deb ataladi?

2 Qanday elektr zaryadlari erkin deyiladi?

3. Metalllarda qanday zarralar erkin zaryad tashuvchilar hisoblanadi?

4. Elektr maydoniga joylashtirilgan metallda nima sodir bo'ladi?

5. Unga tong otishi dirijyor orqali qanday taqsimlanadi d?


NAZORAT SAVOLLARI.

6. Agar elektr maydonidagi o'tkazgich ikki qismga bo'linsa, bu qismlar qanday zaryadlanadi?

7. Elektrostatik himoya qanday prinsipga asoslanadi?

8. Qanday moddalar dielektriklar deb ataladi?

9. Dielektriklar nima? Farqi nimada?

10. Tashqi elektr maydonidagi dipolning harakatini tushuntiring.


11. Dielektrik qutblanish qanday sodir bo'ladi.

12. Elektr maydoniga joylashtirilgan dielektrik ikkiga bo'linsa, har bir qismning zaryadi qanday bo'ladi?

13. Chaqmoq ustidagi manfiy zaryadlangan bulut o'tadi. Elektron tushunchalar asosida nima uchun chaqmoq uchida zaryad paydo bo'lishini tushuntiring. Uning belgisi nima?







Sfera yuzasida konuslar tekis deb hisoblanishi mumkin bo'lgan kichik sharsimon qismlarni kesib tashlaydi. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 yoki Konuslar bir-biriga o'xshash, chunki tepadagi burchaklar teng. O'xshashlikdan kelib chiqadiki, asoslarning maydonlari masofalarning kvadratlari va A nuqtadan saytlarga va mos ravishda bog'langan. Shunday qilib,






Ekvipotensial yuzalar Yurakning ma'lum bir qo'zg'alish momenti uchun ekvipotensial sirtlarning taxminiy yo'nalishi rasmda ko'rsatilgan. Elektr maydonida har qanday shakldagi o'tkazuvchi jismning yuzasi ekvipotensial sirtdir. Nuqtali chiziqlar ekvipotentsial sirtlarni ko'rsatadi, ularning yonidagi raqamlar millivoltdagi potentsial qiymatni ko'rsatadi.












Moddalarning dielektrik o'tkazuvchanligi e e Gazlar va suv bug'i Azot Vodorod Havo Vakuum Suv bug'i (t=100 ºS da) Geliy Kislorod Karbonat angidrid Suyuqliklar Suyuq azot (t= -198,4 ºS da) Benzin Suv Suyuqlik = vodorod (2at), 9 ºS) Suyuq geliy (t= -269 ºC da) Glitserin 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Suyuq kislorod (t= -192,4 ºS da) Diamond yog’ochli alkogolli erituvchi transformator quruq muz(t= -10 ºS da) Parafin kauchuk Slyuda Shisha Bariy titan chinni Qahrabo 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 6,02,081






Adabiyot O. F. Kabardin “Fizika. Malumot materiallari". O. F. Kabardin “Fizika. Malumot materiallari". A. A. Pinskiy “Fizika. Qo'llanma 10-sinf maktablari va fizikani chuqur o'rganadigan sinflar uchun. A. A. Pinskiy “Fizika. 10-sinf maktablari va fizikani chuqur o'rganadigan sinflar uchun darslik. G. Ya. Myakishev “Fizika. Elektrodinamika sinflari. G. Ya. Myakishev “Fizika. Elektrodinamika sinflari. "Kvant" jurnali. "Kvant" jurnali.



slayd 2

Elektr maydonidagi o'tkazgichlar va dielektriklar Elektr maydonida erkin harakatlana oladigan zaryadlangan zarralar erkin zaryadlar, ularni o'z ichiga olgan moddalar esa o'tkazgichlar deyiladi. Supero'tkazuvchilar - bu metallar, suyuq eritmalar va elektrolitlarning eritmalari. Metalldagi erkin zaryadlar - ular bilan aloqani yo'qotgan atomlarning tashqi qobiqlarining elektronlari. Erkin elektronlar deb ataladigan bu elektronlar metall tanasi bo'ylab istalgan yo'nalishda erkin harakatlanadi. Elektrostatik sharoitda, ya'ni elektr zaryadlari statsionar bo'lganda, o'tkazgich ichidagi elektr maydon kuchi har doim nolga teng. Darhaqiqat, agar biz o'tkazgich ichida hali ham maydon mavjud deb hisoblasak, unda maydon kuchiga mutanosib elektr kuchlari undagi erkin zaryadlarga ta'sir qiladi va bu zaryadlar harakatlana boshlaydi, bu maydon elektrostatik bo'lishni to'xtatadi. . Shunday qilib, o'tkazgichning ichida elektrostatik maydon yo'q.

slayd 3

Erkin zaryadlari bo'lmagan moddalar dielektriklar yoki izolyatorlar deyiladi. Dielektriklarga turli gazlar, ba'zi suyuqliklar (suv, benzin, spirt va boshqalar), shuningdek, ko'plab qattiq moddalar (shisha, chinni, pleksiglas, kauchuk va boshqalar) misol bo'la oladi. Ikki xil dielektriklar mavjud - qutbli va qutbsiz. Qutbli dielektrik molekulasida musbat zaryadlar asosan uning bir qismida (“+” qutb), ikkinchi qismida esa manfiy zaryadlar (“-” qutb) joylashgan. Polar bo'lmagan dielektrikda musbat va manfiy zaryadlar molekula bo'ylab teng taqsimlanadi. Elektr dipol momenti - bu zaryadlangan zarralar tizimining elektr xususiyatlarini (zaryad taqsimoti) u tomonidan yaratilgan maydon va unga tashqi maydonlarning ta'sirini tavsiflovchi vektor fizik miqdor. Ma'lum (kelib chiqishi tanlanishidan qat'iy nazar) nolga teng bo'lmagan dipol momentiga ega bo'lgan eng oddiy zaryadlar tizimi bu dipol (bir xil kattalikdagi qarama-qarshi zaryadli ikkita nuqta zarralari)

slayd 4

Dipolning elektr dipol momenti mutlaq qiymatda musbat zaryad qiymati va zaryadlar orasidagi masofa mahsulotiga teng bo'lib, manfiy zaryaddan musbat zaryadga yo'naltiriladi yoki: bu erda q - zaryadlarning kattaligi. , l - boshi manfiy zaryad, oxiri musbat zaryadli vektor. N zarrachalar tizimi uchun elektr dipol momenti: Elektr dipol momenti uchun tizim birliklarining maxsus nomi yo'q. SIda bu faqat Cm. Molekulalarning elektr dipol momenti odatda debyelarda o'lchanadi: 1 D = 3,33564 10−30 C m.

Slayd 5

Dielektrik polarizatsiya. Tashqi elektr maydoniga dielektrik kiritilganda, unda atomlar yoki molekulalarni tashkil etuvchi zaryadlarning biroz qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi. Ushbu qayta taqsimlanish natijasida dielektrik namunasi yuzasida ortiqcha kompensatsiyalanmagan bog'langan zaryadlar paydo bo'ladi. Makroskopik bog'langan zaryadlarni hosil qiluvchi barcha zaryadlangan zarralar hali ham ularning atomlarining bir qismidir. Bog'langan zaryadlar elektr maydonini hosil qiladi, u dielektrik ichida tashqi maydon kuch vektoriga qarama-qarshi yo'naltiriladi. Bu jarayon dielektrik polarizatsiya deb ataladi. Natijada, dielektrik ichidagi umumiy elektr maydoni tashqi maydondan mutlaq qiymatda kichikroq bo'lib chiqadi. Vakuumdagi tashqi elektr maydon kuchi modulining E0 ning bir jinsli dielektrikdagi umumiy maydon kuchi moduliga nisbatiga teng bo'lgan fizik miqdor moddaning o'tkazuvchanligi deb ataladi:

slayd 6

Dielektriklarning qutblanishining bir qancha mexanizmlari mavjud. Ulardan asosiylari orientatsion va deformatsion qutblanishlardir. Orientatsion yoki dipol qutblanish molekulalardan tashkil topgan qutbli dielektriklarda musbat va manfiy zaryadlarning tarqalish markazlari bir-biriga to‘g‘ri kelmaydigan holatda sodir bo‘ladi. Bunday molekulalar mikroskopik elektr dipollardir - bir-biridan ma'lum masofada joylashgan kattaligi teng va ishorasi qarama-qarshi bo'lgan ikkita zaryadning neytral birikmasi. Masalan, suv molekulasi dipol momentga ega, shuningdek, bir qator boshqa dielektriklarning molekulalari (H2S, NO2 va boshqalar). Tashqi elektr maydoni bo'lmaganda, molekulyar dipollarning o'qlari issiqlik harakati tufayli tasodifiy yo'naltiriladi, shuning uchun dielektrik sirtda va har qanday hajm elementida elektr zaryadi o'rtacha nolga teng. Dielektrik tashqi maydonga kiritilganda molekulyar dipollarning qisman yo'nalishi sodir bo'ladi. Natijada, dielektrik yuzasida kompensatsiyalanmagan makroskopik bog'langan zaryadlar paydo bo'lib, tashqi maydon tomon yo'naltirilgan maydon hosil qiladi.

Slayd 7

Qutbli dielektriklarning qutblanishi haroratga kuchli bog'liq, chunki molekulalarning issiqlik harakati buzg'unchi omil rolini o'ynaydi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, tashqi maydonda qarama-qarshi yo'naltirilgan kuchlar qutbli dielektrik molekulasining qarama-qarshi qutblariga ta'sir qiladi, ular molekulani maydon kuchi vektori bo'ylab aylantirishga harakat qiladi.

Slayd 8

Deformatsiya (yoki elastik) mexanizmi polar bo'lmagan dielektriklarning polarizatsiyasi paytida o'zini namoyon qiladi, ularning molekulalari tashqi maydon bo'lmaganda dipol momentga ega emas. Elektr maydoni ta'sirida elektron qutblanish jarayonida qutbsiz dielektriklarning elektron qobiqlari deformatsiyalanadi - musbat zaryadlar vektor yo'nalishi bo'yicha, manfiy zaryadlar esa teskari yo'nalishda siljiydi. Natijada, har bir molekula elektr dipolga aylanadi, uning o'qi tashqi maydon bo'ylab yo'naltiriladi. Dielektrik yuzasida kompensatsiyalanmagan bog'langan zaryadlar paydo bo'lib, tashqi maydon tomon yo'naltirilgan o'z maydonini yaratadi. Polar bo'lmagan dielektrikning qutblanishi shunday sodir bo'ladi. Qutbsiz molekulaga metan CH4 molekulasi misol bo'la oladi. Ushbu molekulada to'rt qavatli ionlangan uglerod ioni C4- oddiy piramidaning markazida joylashgan bo'lib, uning tepasida vodorod ionlari H + joylashgan. Tashqi maydon qo'llanilganda, uglerod ioni piramida markazidan siljiydi va molekula tashqi maydonga mutanosib dipol momentga ega.

Slayd 9

Qattiq kristall dielektriklar holatida deformatsiya qutblanishining bir turi - ion polarizatsiyasi kuzatiladi, bunda kristall panjarani tashkil etuvchi turli belgilarga ega ionlar tashqi maydon qo'llanilganda qarama-qarshi yo'nalishda siljiydi. buning natijasida kristall yuzlarida bog'langan (kompensatsiyalanmagan) zaryadlar paydo bo'ladi. Bunday mexanizmga misol NaCl kristalining qutblanishi bo'lib, unda Na+ va Cl- ionlari ikkita uyali pastki panjara hosil qiladi. Tashqi maydon bo'lmaganda, NaCl kristalining har bir birlik hujayrasi elektr neytral bo'lib, dipol momentga ega emas. Tashqi elektr maydonida ikkala pastki panjara ham qarama-qarshi yo'nalishda siljiydi, ya'ni kristall qutblanadi.

Slayd 10

Rasmda ko'rinib turibdiki, tashqi maydon qutbsiz dielektrik molekulaga ta'sir qiladi va uning ichidagi qarama-qarshi zaryadlarni harakatga keltiradi. turli tomonlar, buning natijasida bu molekula maydon chiziqlari bo'ylab yo'naltirilgan qutbli dielektrik molekulaga o'xshaydi. Tashqi elektr maydoni ta'sirida qutbsiz molekulalarning deformatsiyasi ularning issiqlik harakati bilan bog'liq emas, shuning uchun qutbsiz dielektrikning qutblanishi haroratga bog'liq emas.

slayd 11

Qattiq holatning tarmoqli nazariyasi asoslari Band nazariyasi qattiq holatning kvant nazariyasining asosiy bo'limlaridan biri bo'lib, kristallardagi elektronlarning harakatini tavsiflaydi va asos hisoblanadi. zamonaviy nazariya metallar, yarimo'tkazgichlar va dielektriklar. Qattiq jismdagi elektronlarning energiya spektri erkin elektronlarning energiya spektridan (uzluksiz) yoki alohida ajratilgan atomlarga tegishli elektronlar spektridan (mavjud darajalarning ma'lum bir to'plami bilan diskret) sezilarli darajada farq qiladi - bu alohida ruxsat etilgan energiya diapazonlaridan iborat. taqiqlangan energiya bantlari bilan ajratilgan. Borning kvant mexanik postulatlariga ko'ra, ajratilgan atomda elektronning energiyasi qat'iy diskret qiymatlarni olishi mumkin (elektron ma'lum energiyaga ega va orbitallardan birida joylashgan).

slayd 12

Kimyoviy bog'lanish bilan birlashtirilgan bir nechta atomlar tizimida elektron energiya darajalari atomlar soniga mutanosib ravishda bo'linadi. Bo'linish o'lchovi atomlarning elektron qobiqlarining o'zaro ta'siri bilan belgilanadi. Tizimning makroskopik darajaga ko'tarilishi bilan darajalar soni juda katta bo'ladi va qo'shni orbitallarda joylashgan elektronlarning energiyalaridagi farq mos ravishda juda kichik bo'ladi - energiya darajalari ikkita amalda uzluksiz diskret to'plamga bo'linadi. - energiya tasmasi.

slayd 13

Yarimo'tkazgichlar va dielektriklarda 0 K haroratda barcha energiya holatlarini elektronlar egallagan ruxsat etilgan energiya zonalarining eng yuqori qismi valentlik zonasi, keyin esa o'tkazuvchanlik zonasi deb ataladi. Ushbu zonalarning o'zaro joylashishi printsipiga ko'ra, barcha qattiq moddalar uchta katta guruhga bo'linadi: o'tkazgichlar - o'tkazuvchanlik zonasi va valentlik zonasi bir-biriga yopishgan (energetika bo'shlig'i yo'q) materiallar, o'tkazuvchanlik zonasi deb ataladigan ( Shunday qilib, elektron har qanday ruxsat etilgan kichik energiyani olgan holda ular orasida erkin harakatlanishi mumkin); dielektriklar - zonalari bir-birining ustiga chiqmaydigan va ular orasidagi masofa 3 eV dan ortiq bo'lgan materiallar (valentlik zonasidan elektronni o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazish uchun katta energiya talab qilinadi, shuning uchun dielektriklar amalda oqim o'tkazmaydi); yarimo'tkazgichlar - zonalari bir-biriga yopishmaydigan va ular orasidagi masofa (tarmoq oralig'i) 0,1-3 eV oralig'ida joylashgan materiallar (valentlik zonasidan elektronni o'tkazuvchanlik zonasiga o'tkazish uchun kamroq energiya talab qilinadi. dielektrik uchun, shuning uchun sof yarimo'tkazgichlar kam oqim o'tkazadi.

Slayd 14

Tarmoq oralig'i (valentlik va o'tkazuvchanlik zonalari orasidagi energiya bo'shlig'i) tarmoqli nazariyasidagi asosiy miqdor bo'lib, materialning optik va elektr xususiyatlarini aniqlaydi. Elektronning valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tishi zaryad tashuvchilarni (manfiy - elektron va musbat - teshik) hosil qilish jarayoni, teskari o'tish esa rekombinatsiya jarayoni deb ataladi.

slayd 15

Yarimo'tkazgichlar tarmoqli oralig'i bir necha elektron volt (eV) darajasida bo'lgan moddalardir. Masalan, olmos keng bo'shliqli yarimo'tkazgichlarga, indiy arsenidi esa tor bo'shliqlarga tegishli bo'lishi mumkin. Ko'pgina yarimo'tkazgichlar mavjud kimyoviy elementlar(germaniy, kremniy, selen, tellur, mishyak va boshqalar), juda ko'p miqdordagi qotishmalar va kimyoviy birikmalar (galliy arsenid va boshqalar). Tabiatda eng keng tarqalgan yarimo'tkazgich kremniy bo'lib, u yer qobig'ining deyarli 30% ni tashkil qiladi. Yarimo'tkazgich o'zining o'tkazuvchanligi bo'yicha o'tkazgichlar va dielektriklar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallagan va o'tkazuvchanlikning nopoklik konsentratsiyasi, harorat va ta'sirga kuchli bog'liqligi bilan o'tkazgichlardan farq qiladigan materialdir. har xil turlari radiatsiya. Yarimo'tkazgichning asosiy xususiyati haroratning oshishi bilan elektr o'tkazuvchanligini oshirishdir.

slayd 16

Yarimo'tkazgichlar o'tkazgichlarning ham, dielektriklarning ham xossalari bilan tavsiflanadi. Yarimo'tkazgichli kristallarda elektronlar atomdan ajralib chiqishi uchun taxminan 1-2 10-19 J (taxminan 1 eV) energiya kerak bo'lsa, dielektriklar uchun 7-10 10-19 J (taxminan 5 eV), bu o'rtasidagi asosiy farqni tavsiflaydi. yarimo'tkazgichlar va dielektriklar. Bu energiya ularda harorat ko'tarilganda paydo bo'ladi (masalan, qachon xona harorati atomlarning issiqlik harakatining energiya darajasi 0,4 10−19 J), va alohida elektronlar yadrodan ajralib chiqish uchun energiya oladi. Ular yadrolarini tark etib, erkin elektronlar va teshiklarni hosil qiladi. Haroratning oshishi bilan erkin elektronlar va teshiklar soni ortadi, shuning uchun aralashmalar bo'lmagan yarimo'tkazgichda elektr qarshiligi pasayadi. An'anaviy ravishda elektronni bog'lash energiyasi 2-3 eV dan kam bo'lgan yarim o'tkazgich elementlarni ko'rib chiqish odatiy holdir. O'tkazuvchanlikning elektron-teshik mexanizmi o'zini ichki (ya'ni aralashmalarsiz) yarim o'tkazgichlarda namoyon qiladi. Yarimo'tkazgichlarning ichki elektr o'tkazuvchanligi deyiladi.

Slayd 17

Elektronning valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tish ehtimoli (-Eg/kT) ga proportsional, bu erda Eg - tarmoqli bo'shlig'i. Eg ning katta qiymati (2-3 eV) bilan bu ehtimollik juda kichik bo'lib chiqadi. Shunday qilib, moddalarning metallar va metall bo'lmaganlarga bo'linishi aniq belgilangan asosga ega. Bundan farqli o'laroq, metall bo'lmaganlarning yarim o'tkazgichlar va dielektriklarga bo'linishi bunday asosga ega emas va faqat ixtiyoriydir.

Slayd 18

O'ziga xos va nopoklik o'tkazuvchanligi Butun kristall qurilgan atomlarning ionlanishi jarayonida erkin elektronlar va "teshiklar" paydo bo'ladigan yarim o'tkazgichlar ichki o'tkazuvchanlikka ega yarim o'tkazgichlar deb ataladi. Ichki o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan yarim o'tkazgichlarda erkin elektronlarning konsentratsiyasi "teshiklar" kontsentratsiyasiga teng. Nopoklik o'tkazuvchanligi Nopoklik o'tkazuvchanligi bo'lgan kristallar ko'pincha yarim o'tkazgich qurilmalarini yaratish uchun ishlatiladi. Bunday kristallar besh valentli yoki uch valentli kimyoviy element atomlari bilan aralashmalarni kiritish orqali hosil bo'ladi.

Slayd 19

Elektron yarimo'tkazgichlar (n-tip) "n-tip" atamasi "salbiy" so'zidan olingan bo'lib, ko'pchilik tashuvchilarning manfiy zaryadini bildiradi. Besh valentli yarimo'tkazgichning nopokligi (masalan, mishyak) to'rt valentli yarim o'tkazgichga (masalan, kremniy) qo'shiladi. O'zaro ta'sir jarayonida har bir nopoklik atomi kremniy atomlari bilan kovalent bog'lanishga kiradi. Biroq, to'yingan valentlik bog'larda mishyak atomining beshinchi elektroni uchun joy yo'q va u uzilib, erkin elektronga aylanadi. IN bu holat zaryad uzatish teshik emas, elektron orqali amalga oshiriladi, ya'ni bu turdagi yarimo'tkazgichlar elektr tokini metallar kabi o'tkazadi. Yarimo'tkazgichlarga qo'shiladigan, natijada ular n-tipli yarim o'tkazgichlarga aylanadigan aralashmalar donor aralashmalar deb ataladi.

Slayd 20

Teshik yarimo'tkazgichlari (p-tipi) "p-tipi" atamasi "ijobiy" so'zidan kelib chiqqan bo'lib, ko'pchilik tashuvchilarning ijobiy zaryadini bildiradi. Ushbu turdagi yarimo'tkazgichlar, nopoklik bazasiga qo'shimcha ravishda, o'tkazuvchanlikning teshik tabiati bilan tavsiflanadi. Tetravalent yarimo'tkazgichga (masalan, kremniy) uch valentli elementning oz miqdori (masalan, indiy) atomlari qo'shiladi. Har bir nopoklik atomi uchta qo'shni kremniy atomlari bilan kovalent aloqa o'rnatadi. To'rtinchi kremniy atomi bilan bog'lanish uchun indiy atomida valentlik elektroni yo'q, shuning uchun u qo'shni kremniy atomlari orasidagi kovalent bog'lanishdan valent elektronni ushlaydi va manfiy zaryadlangan ionga aylanadi, buning natijasida teshik hosil bo'ladi. . Bu holda qo'shiladigan aralashmalar qabul qiluvchi aralashmalar deb ataladi.

slayd 21

slayd 22

Jismoniy xususiyatlar yarimo'tkazgichlar metallar va dielektriklarga nisbatan eng ko'p o'rganilgan. Bunga ko'p jihatdan ikkala moddada ham kuzatilmaydigan juda ko'p ta'sirlar yordam beradi, birinchi navbatda yarim o'tkazgichlarning tarmoqli tuzilishi va juda tor tarmoqli bo'shlig'ining mavjudligi bilan bog'liq. Yarimo'tkazgichli birikmalar bir necha turga bo'linadi: oddiy yarimo'tkazgichli materiallar - haqiqiy kimyoviy elementlar: bor B, uglerod C, germaniy Ge, kremniy Si, selen Se, oltingugurt S, surma Sb, tellur Te va yod I. Germaniy, kremniy va selen. Qolganlari ko'pincha qo'shimcha moddalar sifatida yoki murakkab yarim o'tkazgich materiallarining tarkibiy qismlari sifatida ishlatiladi. Murakkab yarimo'tkazgichli materiallar guruhiga kiradi kimyoviy birikmalar, ular yarimo'tkazgich xususiyatlariga ega va ikki, uch yoki undan ortiq kimyoviy elementlarni o'z ichiga oladi. Albatta, yarimo'tkazgichlarni o'rganishning asosiy rag'batlantiruvchi omili yarimo'tkazgichli qurilmalar va integral mikrosxemalar ishlab chiqarishdir.

slayd 23

E'tiboringiz uchun rahmat!

Barcha slaydlarni ko'rish

 

O'qish foydali bo'lishi mumkin: