Imię i nazwisko autora:

Jarosław Krakowski

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

W jaki sposób półprzewodniki przewodzą prąd elektryczny?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach.
VIII. Prąd elektryczny. Uczeń:
1) opisuje przewodnictwo w metalach, elektrolitach i gazach; wyjaśnia proces jonizacji w gazach, wskazuje rolę promieniowania, wysokiej temperatury i dużego natężenia pola elektrycznego.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. uzasadnia, jak powstają nośniki prądu w półprzewodnikach;

2. określa rodzaje nośników prądu w półprzewodnikach;

3. analizuje budowę wewnętrzną półprzewodników i sposoby przewodzenia prądu przez półprzewodniki;

4. stosuje zdobytą wiedzę w analizie zadań;

5. wyjaśnia pojęcie dziury i w jaki sposób odbywa się ruch dziur;

6. analizuje symulację multimedialną ilustrującą przewodzenie prądu przez półprzewodniki.

Strategie nauczania:

IBSE (Inquiry‑Based Science Education - nauczanie/uczenie się przedmiotów przyrodniczych przez odkrywanie/dociekanie naukowe)

Metody nauczania:

burza mózgów, wykład informacyjny, pokaz multimedialny

Formy zajęć:

praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

rzutnik z dostępem do Internetu, symulacja interaktywna, animacje interaktywne ilustrujące przepływ prądu w półprzewodnikach, zestaw zadań

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel prowadzi rozmowę z uczniami na temat półprzewodników. Zadaje im pytania:

• Co wiecie o półprzewodnikach?
  Podsumowanie odpowiedzi: półprzewodniki są stosowane powszechnie w elektronice, przewodzą prąd elektryczny gorzej niż metale.

• Kiedy materiały mogą przewodzić prąd elektryczny?
  Podsumowanie odpowiedzi: muszą mieć swobodne nośniki ładunku elektrycznego, nośnikami prądu mogą być swobodne elektrony (w metalach i półprzewodnikach), jony (w elektrolitach) i dziury (w półprzewodnikach).

Faza realizacyjna:

Nauczyciel tłumaczy, że jeśli elektron z pasma walencyjnego wzbudzony jest do pasma przewodnictwa, to pozostawia on po sobie w pasmie walencyjnym nieobsadzony stan nazywany dziurą. Do tego stanu może łatwo przemieścić się sąsiadujący elektron, przez co przemieści się dziura. Na prąd elektryczny związany z takim przemieszczaniem się można patrzeć albo jak na ruch elektronów o ładunku ujemnym, albo ruch dziur o ładunku dodatnim. Nauczyciel objaśnia mechanizm powstawania swobodnych elektronów i dziur w półprzewodnikach, wykorzystując multimedia. Aby to zilustrować, pokazuje uczniom jednowymiarową sieć krystaliczną (https://pl.wikipedia.org/wiki/Domieszkowanie#/media/Plik:Doping_crystal_net.jpg). Uczniowie zauważają, że jeśli dziura po prawej stronie (powstała na skutek wzbudzenia elektronu do pasma przewodnictwa) zapełniona zostanie przez sąsiadujący elektron, wówczas przesunie się w lewo. Prąd zatem może być interpretowany jako ruch dodatniego ładunku w lewo. Nauczyciel objaśnia pojęcia koncentracji i ruchliwości nośników, podając różnice i podobieństwa między elektronami swobodnymi i dziurami. Uczniowie analizują symulacje ilustrujące sposób przemieszczania się dziur w półprzewodnikach. Nauczyciel objaśnia wpływ domieszek na przewodzenie prądu przez półprzewodniki.

Faza podsumowująca:

Uczniowie odpowiadają na pytania 5‑9 z zestawu ćwiczeń. Nauczyciel analizuje pracę uczniów i wystawia oceny.

Praca domowa:

Uczniowie powtarzają i utrwalają wiedzę i zdobyte umiejętności przez rozwiązanie w domu zadań, których nie rozwiązali na lekcji 1‑4.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Może być wykorzystane przy powtórzeniu wiadomości i realizowaniu innych tematów z zakresu półprzewodników.