5.1 PN結(jié)5.2 半導(dǎo)體二極管（內(nèi)容）

新課內(nèi)容（分鐘）備注第頁5.1PN結(jié)一、什么是半導(dǎo)體導(dǎo)體容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，電阻率小于10-4Ω·cm。絕緣體能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)，電阻率大于1010Ω·cm半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，硅（Si）、鍺（Ge）是最常見的用于制造各種半導(dǎo)體器件的材料。砷化鎵可采用離子注入摻雜工藝直接制成集成電路，盡管其取代硅、鍺的設(shè)想尚未實(shí)現(xiàn)，但它在激光、發(fā)光和微波等方面已顯示出優(yōu)異的性能。硅電池的理論效率大概為23%，單結(jié)砷化鎵的理論效率達(dá)到27%，多結(jié)砷化鎵的理論效率超過50%。硅光電池耐熱不足200℃，砷化鎵電池耐熱可達(dá)250℃。二、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.熱敏性溫度升高，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。2.光敏性對半導(dǎo)體施于光線照射，光照越強(qiáng)，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。3.摻雜性在純凈的半導(dǎo)體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。應(yīng)用摻雜技術(shù)可以制造出各種半導(dǎo)體元器件。如二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管等。半導(dǎo)體材料硅原子序數(shù)14，硅原子中共有14個(gè)墊子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，最外層軌道上有4個(gè)電子（稱為價(jià)電子）。鍺原子序數(shù)32，最外層軌道上也有4個(gè)電子。硅和鍺都是4價(jià)元素。為了方便，常用帶有+4電荷的正離子和周圍的4個(gè)價(jià)電子來表示一個(gè)4價(jià)元素的原子。如圖所示。半導(dǎo)體硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖價(jià)電子受自身原子核的束縛，也受相鄰原子核的吸引，不僅圍繞自身的原子核運(yùn)動，也出現(xiàn)在圍繞相鄰原子核的軌道上。于是兩個(gè)相鄰的原子共有1對價(jià)電子，稱為共價(jià)鍵。三、本征半導(dǎo)體在T=0K（即—273℃）和無外界影響的條件下，價(jià)電子均被束縛在共價(jià)鍵中，不易自由移動。半導(dǎo)體不能導(dǎo)電，如同絕緣體一樣。當(dāng)半導(dǎo)體溫度升高或受光照等外界因素影響時(shí)（如室溫條件），少數(shù)價(jià)電子獲得能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，形成帶負(fù)電的載流子。半導(dǎo)體有一定導(dǎo)電能力，由于自由電子數(shù)量少，導(dǎo)電微弱。自由電子在共價(jià)鍵中留下相同數(shù)量的穴位，其被稱為空穴。從效果上看，這種共有電子的填補(bǔ)運(yùn)動相當(dāng)于帶正電荷的空穴在按相反方向運(yùn)動，稱為空穴運(yùn)動，把空穴看成為帶正電的載流子。若溫度升高，單晶的半導(dǎo)體中會產(chǎn)生一定數(shù)量的電子-空穴對，這種現(xiàn)象稱為熱激發(fā)。四、雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）4價(jià)硅摻入少量5價(jià)雜質(zhì)元素多出1個(gè)電子，其不受共價(jià)鍵的束縛，而只受自身原子核的吸引，這種束縛力弱，室溫下，n＞＞p。2.P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）4價(jià)硅摻入少量3價(jià)雜質(zhì)元素，p＞＞n。 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度取決于摻入雜質(zhì)的濃度；少子的濃度取決于溫度。作業(yè)：1.理解概念：價(jià)電子、自由電子、空穴、共價(jià)鍵、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、熱激發(fā)、本征激發(fā)、復(fù)合、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、多數(shù)載流子、少數(shù)載流子；2.雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)、少數(shù)載流子的濃度取決于什么5.2半導(dǎo)體二極管一、二極管的外形、結(jié)構(gòu)與符號二極管就是由半導(dǎo)體制成的。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，將一個(gè)PN結(jié)加上兩條電極引線做成管芯，并用管殼封裝而成。它的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和符號如圖5-6所示。（a）外形（b）內(nèi)部（c）符號圖5-6二極管二、二極管的特性曲線1．正向偏置與導(dǎo)通狀態(tài)二極管正向電流、電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路如圖5-7（a）所示，二極管陽極接電源正極，二極管陰極接電源負(fù)極，二極管處于正向偏置狀態(tài)，根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥芍O管內(nèi)的PN結(jié)呈導(dǎo)通狀態(tài)，電路中燈泡處于亮燈狀態(tài)。下面具體分析導(dǎo)通過程。此時(shí)通過調(diào)節(jié)串聯(lián)滑動變阻器RP電阻大小，二極管在不同電壓下具有不同的電阻值，記錄每個(gè)電壓下對應(yīng)的電流值，從而描繪成曲線，5-7（b）所示的二極管正向電流、電壓關(guān)系特性。2．反向偏置與截止?fàn)顟B(tài)二極管的反向電流、電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路如圖5-8（a）所示，二極管陽極接電源負(fù)極，二極管陰極接電源正極，二極管反向偏置。根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥芍O管內(nèi)的PN結(jié)呈截止?fàn)顟B(tài)，電路中燈泡處于滅燈狀態(tài)。3．二極管的主要參數(shù)二極管的參數(shù)是選擇和使用二極管的依據(jù)。主要參數(shù)有：1）最大整流電流：二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向電流。在規(guī)定的散熱條件下，二極管的正向平均電流不能超過此值。2）最大反向工作電壓：指保證二極管不被擊穿所允許施加的最大反向電壓。若查過此值，二極管可能會被擊穿。通常URM的數(shù)值為反向擊穿電壓的一半。3）最大反向電流：指二極管在常溫下加最大反向工作電壓而未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流越小，二極管的單相導(dǎo)電性能越好。它受溫度影響很大，溫度越高，電流數(shù)值越大。4）最高工作頻率最高工作頻率是指允許加在二極管兩端的交流電壓最高頻率。例：銅Cu、鋁Ag、銀Al。例：橡膠、塑料。例：硅、鍺、砷化鎵。硅T↑8℃ni增一倍，鍺T↑12℃ni增一倍。ni—自由電子濃度；pi—空穴濃度?？勺鰺崦粼?，用于溫度變化的檢測?？勺龉饷粼绻饷綦娮?，光電管。純凈的，不含其它雜質(zhì)的半導(dǎo)體。注：空穴和自由電子是成對出現(xiàn)的。這就是半導(dǎo)體