Halbleiter und ihre Eigenschaften - Anwendungsorientierte Schülerexperimente

Halbleiter und ihre Eigenschaften

Gymnasium | Mittlere Schulformen

Naturwissenschaften & Technik

9. | 10. Klasse

11 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Ohne Smartphone, Laptop, Tablet & Co. ist für die meisten von uns der Alltag heute kaum mehr vorstellbar. Die Elektronikindustrie entwickelt ihr Produktportfolio stetig weiter, hin zu immer kleineren und leistungsfähigeren Produkten. In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich Ihre Schüler mit den Grundlagen der Halbleitertechnologie, ohne die diese rasanten Fortschritte nicht denkbar wären. In zahlreichen Schülerversuchen gehen die Lernenden der Materie anwendungsorientiert auf den Grund. Kleine digitale LearningApps runden die motivierende Einheit als Lernzielkontrolle ab.
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Kompetenzen

Klassenstufe:9/10
Dauer:11 Unterrichtsstunden
Kompetenzen:Die Schüler 1. beschreiben Aufbau und Leitungsmechanismus von Halbleitern, 2. nennen charakteristische Eigenschaften ausgewählter Halbleiterbauelemente und ziehen daraus Schlussfolgerungen zum Einsatz dieser Bauelemente, 3. planen Experimente und führen sie durch, 4. realisieren einfache Schaltungen und werten sie aus, 5. beschreiben den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen, stellen diesen grafisch dar und interpretieren die Diagramme
Thematische Bereiche:Halbleiter, Halbleiterdiode, Transistor, Dotierung, Leitfähigkeit

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt, Fo = Folie, Hk = Hilfekarte, LA = LearningApp, LV = Lehrerversuch, SV = Schülerversuch,  V = Vorbereitungszeit,  D = Durchführungszeit

1. Stunde

Thema:Einführung Halbleiter
M 1a (Ab, LA)Warum heißt das „Halbleiter“? – Leiten sie nur halb? / Erarbeitung des Begriffes Halbleiter im Kontext von Nichtleitern und Leitern
M 1b (Hk)Wortschnipsel zum Lückentext – Hilfekarte zu Aufgabe 2 M 1a
M 2a (Ab)Eigenleitung – Bewegung von Platz zu Platz / Aufgaben mit Rollenspiel
M 2b (Ab)Eigenleitung

2. Stunde

Thema:Leitfähigkeit von Halbleitern
M 3 (Ab, SV)Erforschung der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit / Schülerversuch mit  V: 10 min,  D: 30 min
Benötigt:
  • Ohm’scher Widerstand (100 Ω)
  • Glühlampe (12 V)
  • Thermistor
  • Kabel
  • Spannungsquelle (regelbar oder mit Potentiometer)
  • Spannungsmesser
  • Strommesser

3. Stunde

Thema:Dotierung und Halbleiterdiode
M 4a (Ab)Wir verschmutzen Halbleiter – Dotieren
M 4b (Hk)Wortschnipsel zum Lückentext – Hilfekarte zu M 4a
M 5 (Ab)Die Halbleiterdiode

4./5. Stunde

Thema:Eigenschaften von Halbeiterdioden
M 6 (Ab, SV)Eigenschaften von Dioden – Diodenkennlinie / Schülerversuch mit  V: 10 min,  D: 35 min
Benötigt:
  • Widerstand (100 Ω)
  • Glühlampe (3,5 V)
  • Diode (Silizium/Germanium)
  • Kabel
  • Spannungsquelle (regelbar)
  • Spannungsmesser
  • Strommesser

6. Stunde

Thema:Gleichrichterschaltung
M 7 (Ab, LV)Einweggleichrichtung – Abgeschnittener Weg / Lehrerversuch mit  V: 10 min,  D: 10 min
Benötigt:
  • Diode
  • Widerstand (1 kΩ)
  • Kabel
  • Wechselspannungsquelle bzw. Sinusgenerator
  • Oszilloskop
M 8 (Ab, LV)Zweiweggleichrichtung – Auf zwei Wegen zum Ziel / Lehrerversuch mit  V: 10 min,  D: 15 min
Benötigt:
  • 4 Dioden
  • Widerstand (1 kΩ)
  • Kabel
  • Wechselspannungsquelle bzw. Sinusgenerator
  • Oszilloskop

7./8. Stunde

Thema:Transistor
M 9a (Ab,)Der Transistor
M 9b (Hk)Wortschnipsel zum Lückentext – Hilfekarte zu M 9a
M 10 (Ab, LV)Der Transistor als Schalter / Schülerversuch mit  V: 10 min,  D: 15 min
Benötigt:
  • Transistor (npn)
  • Widerstand (1,8 kΩ)
  • Taster
  • Schalter
  • 2 Spannungsquellen
  • Glühlampe (3,5 V)
  • Kabel

9.–11. Stunde

Thema:Anwendungen von Halbleitern
M 11 (Ab, SV)Halbleiterbauelemente in Anwendung / Drei Schülerversuche mit je  V: 10 min,  D: 30 min
Schülerversuch 1
Benötigt:
  • Transistor (npn)
  • Widerstand (1,8 kΩ)
  • Widerstand (100 Ω)
  • Kabel
  • 2 Spannungsquellen (regelbar)
  • 2 Strommesser
Schülerversuch 2
Benötigt:
  • Transistor (npn)
  • Widerstand (1,8 kΩ)
  • Glühlampe (3,5 V)
  • Spannungsquelle
  • Fotowiderstand
  • Kabel
Schülerversuch 3
Benötigt:
  • 2 Transistoren (npn)
  • Widerstände (2 x 1,8 kΩ; 5,1 kΩ; 47 kΩ)
  • Glühlampe (3,5 V)
  • Glas mit Leitungswasser
  • Spannungsquelle
  • Elektroden (Nägel o. Ä.)
  • Kabel
  • Kartoffel

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