半導體的基礎知識教案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課 程電子電工教 師張 麗 娟教學班級教學題目半導體的基礎知識計劃課時30分鐘授課時間7月15日教學方法講授法教學目標知識目標：1、了解本征半導體2、掌握雜質半導體3、掌握PN結的形成及特性能力目標：培養(yǎng)學生的分析能力，為以后分析電路而做準備。情感目標：培養(yǎng)學生參與、合作意識，激發(fā)學生學習興趣和樂于探究的精神。教學重點與難點重點：雜質半導體、PN結的特性難點：PN結的形成 教學活動流程教學步驟教學內容教學方法時間一、復習引入復習內容：引入新課：構成各種電子電路最基本的元件是半導體器件。常用的半導體器件有二極管、三極管、場效應晶體管等。電子器件中的半導體器件是用半導體材

2、料制成的。物質按其導電能力的強弱，可分為導體、絕緣體和半導體。1、導體：導電能力很強的物質，叫導體。如低價元素銅、鐵、鋁等。2、絕緣體：導電能力很弱，基本上不導電的物質,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.為什么物質的導電能力有如此大的差別呢？這與它們的原子結構有關，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。復習提問師生共述 5分鐘二、新課講解半導體的基礎知識半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，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、 本征半導體本征半導體：純凈晶體結構的半導體稱為本征半導體。本征半導體的物質結構

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,稱為共價鍵結構。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。空穴帶正電。半導體的導電性：在外電場作用下，自由電子產生定向移動，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，即空穴產生了定

4、向移動，形成所謂空穴電流。載流子：由此可見，半導體中存在著兩種載流子：帶負電的自由電子和帶正電的空穴。本征半導體中自由電子與空穴是同時成對產生的，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)象稱為復合。在一定的溫度下，載流子的產生與復合過程是相對平衡的，即載流的濃度是一定的。本征半導體中的載流子濃度，除了與半導體材料本身的性質有關以外，還與溫度有關，當本征半導體所處環(huán)境溫度升高或有光照射時，其內部載流子數(shù)增多，導電能力隨之增強。所以半導體載流子的濃度對溫度十分敏感。上述特

5、點稱為本征半導體的熱敏性和光敏性，利用這些特點可以制成半導體熱敏元件和光敏元件。半導體的導電性能與載流子的濃度有關，但因本征載流子在常溫下的濃度很低，所以它們的導電能力很差。當我們人為地、有控制地摻入少量的特定雜質時，其導電性將產生質的變化。二、 雜質半導體在本征半導體中摻入適量且適當?shù)钠渌兀ń须s質元素），就形成雜質半導體，其導電能力將大大增強。因摻入雜質不同，雜質半導體可分為空穴（P）型和電子(N)型半導體兩類。1、P型半導體在硅（或鍺）的晶體內摻入少量三價元素（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,在晶體中便產生一個空穴。這個空穴與本征激發(fā)產生的

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

7、. PN 結的形成 在一塊完整的晶片上,通過一定的摻雜工藝,一邊形成P型半導體,另一邊形成N型半導體。在交界面兩側形成一個帶異性電荷的離子層,稱為空間電荷區(qū),并產生內電場,其方向是從N區(qū)指向P區(qū),內電場的建立阻礙了多數(shù)載流子的擴散運動,隨著內電場的加強,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。因為在空間電荷區(qū)內多數(shù)載流子已擴散到對方并復合掉了,或者說消耗盡了,因此空間電荷區(qū)又稱為耗盡層。2. PN結的單向導電特性 在PN結兩端外加電壓,稱為給PN結以偏置電壓。1) PN結正向偏置 給PN結加正向偏置電壓,即P區(qū)接電源正極,N區(qū)接電源負極,此時稱PN結為正向

8、偏置(簡稱正偏),如圖1.6所示。由于外加電源產生的外電場的方向與PN結產生的內電場方向相反,削弱了內電場,使PN結變薄,有利于兩區(qū)多數(shù)載流子向對方擴散,形成正向電流,此時PN結處于正向導通狀態(tài)。圖1.6 PN結加正向電壓 圖1.7 PN結加反向電壓 2) PN結反向偏置 給PN結加反向偏置電壓,即N區(qū)接電源正極,P區(qū)接電源負極,稱PN結反向偏置(簡稱反偏),如圖1.7所示。 由于外加電場與內電場的方向一致,因而加強了內電場,使PN結加寬,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結內幾乎無電流流過，PN結處于反向截止狀態(tài)。 綜上所述,PN結具有單向導電性,即加正向電壓時導通,加反向電壓時截止教師分析并提醒學生注意學生自己總結20分鐘三、小結1、本征半導體2、雜質半導體3、PN結的形成及特征4分鐘四、作業(yè)什么事PN結？簡單地把一塊P型半導體和一塊N型半