半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程電子電工教 師張 麗 娟教學(xué)班級教學(xué)題目半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識計劃課時30分鐘授課時間7月15日教學(xué)方法講授法教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1、了解本征半導(dǎo)體2、掌握雜質(zhì)半導(dǎo)體3、掌握PN結(jié)的形成及特性能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，為以后分析電路而做準(zhǔn)備。情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生參與、合作意識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和樂于探究的精神。教學(xué)重點與難點重點：雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)的特性難點：PN結(jié)的形成 教學(xué)活動流程教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法時間一、復(fù)習(xí)引入復(fù)習(xí)內(nèi)容：引入新課：構(gòu)成各種電子電路最基本的元件是半導(dǎo)體器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管等。電子器件中的半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材

2、料制成的。物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的強弱，可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。1、導(dǎo)體：導(dǎo)電能力很強的物質(zhì)，叫導(dǎo)體。如低價元素銅、鐵、鋁等。2、絕緣體：導(dǎo)電能力很弱，基本上不導(dǎo)電的物質(zhì),叫絕緣體.如高價惰性氣體和橡膠、陶瓷、塑料等高分子材料等.為什么物質(zhì)的導(dǎo)電能力有如此大的差別呢？這與它們的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與它們的原子最外層的電子受其原子核束縛力的強弱有關(guān)。復(fù)習(xí)提問師生共述 5分鐘二、新課講解半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。一、 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)

3、：在電子器件中,用得最多的材料是硅和鍺,硅和鍺都是四價元素,最外層原子軌道上具有4個電子,稱為價電子。每個原子的4個價電子不僅受自身原子核的束縛,而且還與周圍相鄰的4個原子發(fā)生聯(lián)系,這些價電子一方面圍繞自身的原子核運動,另一方面也時常出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上。這樣,相鄰的原子就被共有的價電子聯(lián)系在一起,稱為共價鍵結(jié)構(gòu)。自由電子與空穴：共價鍵中的價電子由于熱運動而獲得一定的能量，其中少數(shù)能夠擺脫共價鍵的束縛而成為自由電子，同時必然在共價鍵中留下空位，稱為空穴?？昭◣д?。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性：在外電場作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；另一方面，價電子也按一定方向依次填補空穴，即空穴產(chǎn)生了定

4、向移動，形成所謂空穴電流。載流子：由此可見，半導(dǎo)體中存在著兩種載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。本征半導(dǎo)體中自由電子與空穴是同時成對產(chǎn)生的，因此，它們的濃度是相等的。載流子的濃度：價電子在熱運動中獲得能量擺脫共價鍵的束縛，產(chǎn)生電子空穴對。同時自由電子在運動過程中失去能量，與空穴相遇，使電子空穴對消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定的溫度下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合過程是相對平衡的，即載流的濃度是一定的。本征半導(dǎo)體中的載流子濃度，除了與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與溫度有關(guān)，當(dāng)本征半導(dǎo)體所處環(huán)境溫度升高或有光照射時，其內(nèi)部載流子數(shù)增多，導(dǎo)電能力隨之增強。所以半導(dǎo)體載流子的濃度對溫度十分敏感。上述特

5、點稱為本征半導(dǎo)體的熱敏性和光敏性，利用這些特點可以制成半導(dǎo)體熱敏元件和光敏元件。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與載流子的濃度有關(guān)，但因本征載流子在常溫下的濃度很低，所以它們的導(dǎo)電能力很差。當(dāng)我們?nèi)藶榈亍⒂锌刂频負(fù)饺肷倭康奶囟s質(zhì)時，其導(dǎo)電性將產(chǎn)生質(zhì)的變化。二、 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入適量且適當(dāng)?shù)钠渌兀ń须s質(zhì)元素），就形成雜質(zhì)半導(dǎo)體，其導(dǎo)電能力將大大增強。因摻入雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為空穴（P）型和電子(N)型半導(dǎo)體兩類。1、P型半導(dǎo)體在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入少量三價元素（如硼元素）。硼原子只有3個價電子,它與周圍硅原子組成共價鍵時,因缺少一個電子,在晶體中便產(chǎn)生一個空穴。這個空穴與本征激發(fā)產(chǎn)生的

6、空穴都是載流子,具有導(dǎo)電性能。在P型半導(dǎo)體中,空穴數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù),空穴為多數(shù)載流子(多子),自由電子為少數(shù)載流子(少子)。導(dǎo)電以空穴為主,故此類半導(dǎo)體稱為空穴(P)型半導(dǎo)體。2、N型半導(dǎo)體在純凈的半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量五價元素（如磷元素）后,就可成為N型半導(dǎo)體。在這種半導(dǎo)體中,自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，自由電子為多數(shù)載流子(多子)；空穴為少數(shù)載流子(少子),導(dǎo)電以電子為主,故此類半導(dǎo)體稱為電子（N）型半導(dǎo)體。總結(jié)半導(dǎo)體的特點：1導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間2受外界光和熱的刺激時，導(dǎo)電能力會產(chǎn)生顯著變化。 3. 在純凈半導(dǎo)體中，加入微量的雜質(zhì)，導(dǎo)電能力急劇增強。三、 PN結(jié)的形成及特性1

7、. PN 結(jié)的形成 在一塊完整的晶片上,通過一定的摻雜工藝,一邊形成P型半導(dǎo)體,另一邊形成N型半導(dǎo)體。在交界面兩側(cè)形成一個帶異性電荷的離子層,稱為空間電荷區(qū),并產(chǎn)生內(nèi)電場,其方向是從N區(qū)指向P區(qū),內(nèi)電場的建立阻礙了多數(shù)載流子的擴散運動,隨著內(nèi)電場的加強,多子的擴散運動逐步減弱,直至停止,使交界面形成一個穩(wěn)定的特殊的薄層,即PN結(jié)。因為在空間電荷區(qū)內(nèi)多數(shù)載流子已擴散到對方并復(fù)合掉了,或者說消耗盡了,因此空間電荷區(qū)又稱為耗盡層。2. PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?在PN結(jié)兩端外加電壓,稱為給PN結(jié)以偏置電壓。1) PN結(jié)正向偏置 給PN結(jié)加正向偏置電壓,即P區(qū)接電源正極,N區(qū)接電源負(fù)極,此時稱PN結(jié)為正向

8、偏置(簡稱正偏),如圖1.6所示。由于外加電源產(chǎn)生的外電場的方向與PN結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)電場方向相反,削弱了內(nèi)電場,使PN結(jié)變薄,有利于兩區(qū)多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散,形成正向電流,此時PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。圖1.6 PN結(jié)加正向電壓 圖1.7 PN結(jié)加反向電壓 2) PN結(jié)反向偏置 給PN結(jié)加反向偏置電壓,即N區(qū)接電源正極,P區(qū)接電源負(fù)極,稱PN結(jié)反向偏置(簡稱反偏),如圖1.7所示。 由于外加電場與內(nèi)電場的方向一致,因而加強了內(nèi)電場,使PN結(jié)加寬,阻礙了多子的擴散運動。在外電場的作用下,只有少數(shù)載流子形成的很微弱的電流,稱為反向電流。此時PN結(jié)內(nèi)幾乎無電流流過，PN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。 綜上所述,PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?即加正向電壓時導(dǎo)通,加反向電壓時截止教師分析并提醒學(xué)生注意學(xué)生自己總結(jié)20分鐘三、小結(jié)1、本征半導(dǎo)體2、雜質(zhì)半導(dǎo)體3、PN結(jié)的形成及特征4分鐘四、作業(yè)什么事PN結(jié)？簡單地把一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半