(完整版)半导体的基础知识教案.doc

1、课 程电子电工教 师张 丽 娟教学班级教学题目半导体的基础知识计划课时30分钟授课时间7月15日教学方法讲授法教学目标知识目标：1、了解本征半导体2、掌握杂质半导体3、掌握PN结的形成及特性能力目标：培养学生的分析能力，为以后分析电路而做准备。情感目标：培养学生参与、合作意识，激发学生学习兴趣和乐于探究的精神。教学重点与难点重点：杂质半导体、PN结的特性难点：PN结的形成 教学活动流程教学步骤教学内容教学方法时间一、复习引入复习内容：引入新课：构成各种电子电路最基本的元件是半导体器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。电子器件中的半导体器件是用半导体材料制成的。物质按其导电能力

2、的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体。1、导体：导电能力很强的物质，叫导体。如低价元素铜、铁、铝等。2、绝缘体：导电能力很弱，基本上不导电的物质,叫绝缘体.如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料等.为什么物质的导电能力有如此大的差别呢？这与它们的原子结构有关，即与它们的原子最外层的电子受其原子核束缚力的强弱有关。复习提问师生共述 5分钟二、新课讲解半导体的基础知识半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。一、 本征半导体本征半导体：纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。本征半导体的物质结构：在电子器件中,用得最多的

3、材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。自由电子与空穴：共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量，其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子，同时必然在共价键中留下空位，称为空穴。空穴带正电。半导体的导电性：在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；另一方面，价电子也按一定方向依次填补空穴，即空穴产生了定向移动，形成所谓空穴电流。

4、载流子：由此可见，半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中自由电子与空穴是同时成对产生的，因此，它们的浓度是相等的。载流子的浓度：价电子在热运动中获得能量摆脱共价键的束缚，产生电子空穴对。同时自由电子在运动过程中失去能量，与空穴相遇，使电子空穴对消失，这种现象称为复合。在一定的温度下，载流子的产生与复合过程是相对平衡的，即载流的浓度是一定的。本征半导体中的载流子浓度，除了与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度有关，当本征半导体所处环境温度升高或有光照射时，其内部载流子数增多，导电能力随之增强。所以半导体载流子的浓度对温度十分敏感。上述特点称为本征半导体的热敏性和

5、光敏性，利用这些特点可以制成半导体热敏元件和光敏元件。半导体的导电性能与载流子的浓度有关，但因本征载流子在常温下的浓度很低，所以它们的导电能力很差。当我们人为地、有控制地掺入少量的特定杂质时，其导电性将产生质的变化。二、 杂质半导体在本征半导体中掺入适量且适当的其他元素（叫杂质元素），就形成杂质半导体，其导电能力将大大增强。因掺入杂质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型和电子(N)型半导体两类。1、P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素（如硼元素）。硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性

6、能。在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子(多子),自由电子为少数载流子(少子)。导电以空穴为主,故此类半导体称为空穴(P)型半导体。2、N型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷元素）后,就可成为N型半导体。在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数，自由电子为多数载流子(多子)；空穴为少数载流子(少子),导电以电子为主,故此类半导体称为电子（N）型半导体。总结半导体的特点：1导电能力介于导体与绝缘体之间2受外界光和热的刺激时，导电能力会产生显著变化。 3. 在纯净半导体中，加入微量的杂质，导电能力急剧增强。三、 PN结的形成及特性1. PN 结的形成 在一块

7、完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。2. PN结的单向导电特性 在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。1) PN结正向偏置 给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),如图1.

8、6所示。由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向导通状态。图1.6 PN结加正向电压 图1.7 PN结加反向电压 2) PN结反向偏置 给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏),如图1.7所示。 由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。此时PN结内几乎无电流流过，PN结处于反向截止状态。 综上所述,PN结具有单向导电性,即加正向电压时导通,加反向电压时截止教师分析并提醒学生注意学生自己总结20分钟三、小结1、本征半导体2、杂质半导体3、PN结的形成及特征4分钟四、作业什么事PN结？简单地把一块P型半导体和一块N型半导体接触在一起，能够形成PN结吗？1分钟 实际工作中的运用本节课在这一章中具有重要作用，半导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。所以对机械、电子专业类学生是至关重要的。