Unterrichtseinsichten - Schuljahr 2009/2010 - Physik 9a

Halbleiter

• Versuche mit Halbleitern
  
  In einen einfachen Stromkreis werden nacheinander verschiedene Halbleiter eingebaut.
  Die Stromstärke wird bei konstant gehaltener Spannung gemessen.
• Beobachtungen:
• Beim NTC-Halbleiter-Widerstand wird die Stromstärke bei steigender Temperatur höher, d.h. der Widerstand wird kleiner.
  Deshalb nennt man diese Widerstände auch Heißleiter.
• Beim PTC-Baustein wird die Stromstärke bei steigender Temperatur kleiner, d.h. der Widerstand wird größer.
  Deshalb nennt man diese Widerstände auch Kaltleiter.
• Beim LDR-Baustein wird die Stromstärke größer, wenn Licht auf den Widerstand fällt, bzw. die Stromstärke wird kleiner, wenn man den Widerstand vor Licht abschirmt.
  Deshalb nennt man diese Widerstände auch lichtabhängige Widerstände.
• Wir haben kurz über den Atomaufbau, die Elektronenkonfiguration bei Atomen, über Valenzelektronen und über Edelgaskonfiguration gesprochen.
• Halbleiter wie Silizium bilden Atomgitter, deren Zusammenhalt dadurch erklärt werden kann, dass zur Erlangung von Edelgaskonfiguration (8 Elektronen in der äußeren Schale) jedes Silizium-Atom seine äußeren 4 Valenz-Elektronen mit 4 gleichartigen Silizium-Atomen austauscht und dafür auch jeweils eines der Valenzelektronen der anderen Atome austauscht, so dass im Ergebnis 8 Elektronen in der äußeren Hülle (wenigstens scheinbar) vorhanden sind.

• Wiederholung zur Klassenarbeit
• Besprechung der Löcherleitung in Halbleitern

• Wiederholung zur Klassenarbeit

• Klassenarbeit 1

• In einer Simulation haben wir Eigenschaften von Halbleitern wiederholt und neu besprochen.
  
• Durch hohe Temperatur werden in Halbleitern Elektronen frei gesetzt.
• Stellen, an denen Elektronen fehlen, wirken wie positive Ladungen.
• Wenn Elektronen solche Fehlstellen besetzen, spricht man von Rekombination.
• Das Anlegen einer Spannung bewirkt einen gerichteten Transport von positiven und negativen Ladungen.
• Bei Dotierung mit Atomen, die 5 oder 3 Valenzelektroen haben, werden zusätzlich Elektronen bzw. Löcher frei.
• Im Versuch habt Ihr einen spannungsabhängigen Halbleiter-Widerstand untersucht.
  Dazu habt Ihr über eine Spannungs- und Strommessung den Widerstand bei einer bestimmten Spannung ermittelt und dann den Zusammenhang zwischen Spannung und Widerstand untersucht.
  
  Hier 2 Eurer Messreihen mit den vorläufigen Auswertungen:
  
  Die ersten beiden Messungen jeder Messreihe wurden nicht berücksichtigt, das die Berechnung des Widerstandes R=U/I wegen der 0 im Nenner nicht durchzuführen ist.
  Für die Werte ab 10V ergeben beide Messreihen den gleichen Kurvenverlauf: Mit wachsender Spannung wird der Widerstand kleiner. (Genauere Auswertung in der nächsten Stunde)
  In der Messung 1 fallen die Werte bei 5V und 7V wohl deshalb heraus, da sich die Ungenauigkeiten im Nenner (0,01mA) anscheinend zu stark ausgewirkt haben.

• Link zum besprochenen Bändermodell für Halbleiter
• Folgende Ergebnisse haben wir in den Experimentiergruppen gewonnen:
• Eine Silizium-Diode lässt nur in eine Richtung den Strom durch.
  Im Schaltzeichen wird die Durchlassrichtung durch dir Richtung des Pfeils angegeben.
• Die Auswertung zur Aufnahme der Kennlinie (U-I-Graph) ist als Hausaufgabe zur nächsten Stunde gegeben.
• Leuchtdioden lassen den Strom auch nur in eine Richtung durch. Beim Durchlass leuchten sie auf.
• Eine Zenerdiode wird in Sperrrichtung betrieben und lässt ab einer bestimmten Spanung den Strom sehr gut bei geringem Widerstand durch.

• Besprechung und Rückgabe der Klassenarbeit 1  [ Aufgaben | Lösungen ]