半导体的基础知识教案.doc

半导体的基础知识教案单元内容半导体的基础知识单元序号01单元课时2教学手段多媒体+板书教学方法项目教学、讲授法教学课型理论 实训 （ ）教学目标能力目标掌握半导体的基本知识。深刻理解PN结及单向导电特性原理。知识目标掌握半导体的基本知识。深刻理解PN结及单向导电特性原理。情感目标通过本节知识的学习，使学生深刻理解PN结及单向导电特性原理。任务定位教学重点PN结的特性。教学难点PN结的形成及其特性教学关键点掌握半导体的基本知识。PN结的单向导电特性教学过程设计备 注任务1 常用电子器件的测试与判断知识一 模电基本知识一、电子器件1元件：电阻器、电容器、变压器、开关2器件：电子管、晶体管、集成块二、电子线路：由器件、元件组成的具有一定功能的电路三、应用1通信无线电通信、激光通信、光纤通信、有线通信2控制电气控制技术、机电技术中电子技术的应用，使自动控制更精确、迅速、灵敏3文化生活电子技术的应用为人们的精神生活和文化交流提供方便提出问题：就自己的生活谈谈电子技术的应用四、本课程的目标1掌握常用电子元器件的工作特性、参数检测方法等。2掌握各种电子线路的基本概念，了解常用的单元电路的工作原理。3了解常用集成电路的功能特性，看懂集成电路功能表。4培养分析和解决问题的能力。五、本课程的学习方法注意观察仔细听课积极思维重视复习勤于实践知识二 半导体的基础知识一、 半导体的特性1、半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。（1）、用于制造半导体器件的半导体材料：硅、锗、砷化镓及金属氧化物。（2）、常用的半导体材料：硅、锗。2、半导体的特性（1）热敏特性 温度的变化会使半导体的电导率发生显著的变化，利用半导体的电阻率对温度特别灵敏，可做成各种热敏元件。 （2）光敏特性 光照可以改变半导体的电导率。在没有光照时，电阻可高达几十兆欧；受光照时，电阻可以降到几十千欧。利用这种特性可以制作光电晶体管、光耦合器和光电池等。 （3）掺杂特性 掺杂可以提高其导电能力，因此可用来制作各种热敏、光敏器件，用于自动控制和自动测量中。若在纯净半导体中 掺入微量的杂质，其导电性能也可以得到明显的提高，因此，可以通过掺入不同种类和数量的杂质元素来制成二极管、三极管等各种不同用途的半导体器件。二、本证半导体1、本证半导体:纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。（1）原子：由带正电的原子核和带负电的核外电子组成。 图 1-2 电子和空穴的填补运动(2)自由电子:在一定温度下，若受光和热的激发，晶体结构中的少数价电子将会挣脱原子核的束缚成为自由电子。（3）空穴：在自由电子挣脱原子核束缚后，在原来共价键的相应位置留下的一个空位。（4）电子空穴对：成对出现的自由电子与空穴。2本征半导体的特征：自由电子数目与空穴的数目是相等的。3本征半导体内部结构：在一定温度下，若受光和热的激发，晶体结构中的少数价电子将会挣脱原子核的束缚成为自由电子。在自由电子挣脱原子核束缚后，在原来共价键的相应位置留下的一个空位。自由电子与空穴是成对出现的。此时原子失去电子带正电，相当于空穴带正电。于此同时有空穴的原子会吸引相邻的原子的价电子来填补空穴，于是形成了新的空穴，并继续吸引新的价电子转移到新的空穴上，如图1-2所示。如此继续不断，在晶体不断，在晶体内则形成了自由电子的运动和空穴的反方向运动。自由电子和空穴都是运载电荷的粒子。（1）载流子：运载电荷的粒子。（2）本证半导体在外电场的作用下，两种载流子的运动方向相反，形成的电流方向相同。三、杂质半导体在本证半导体内部，自由电子和空穴总是成对出现的，因此，对外呈电中性。如果在本证半导体中掺入少量的其他元素，就会使半导体的导电能力发生显著变化。根据掺入杂质的不同，可形成两种不同的杂质半导体，即N型半导体和P型半导体。1、 N型半导体（1） 定义：在单晶硅中掺入五价磷形成的半导体就是N型半导体（2） 特征：A、多数载流子是自由电子B、少数载流子是空穴C、自由电子数目大于空穴数目图1-3 N型半导体 2、P型半导体 （1）定义：在纯净半导体硅或者锗中掺入少量的三价杂质元素如硼形成的半导体就是P型半导体 （2）特征： A、多数载流子是空穴 B、少数载流子是自由电子 C、空穴的数目大于自由电子的数目图1-4 P型半导体四、PN结及导电特性 1、PN结的形成 在一块本证半导体晶片上，通过一定的掺杂工艺，可使一边形成P型半导体而另一边形成N型半导体。在N型和P型半导体交界面两侧，由于载流子浓度的差别，N区的自由电子向P去扩散，而P区的空穴向N区扩散如图1-5所示。P区一侧因失去空穴留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些离子被固定排列在半导体晶体的晶格中，不能自由移动，因此并不参与导电。这样，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，又称耗尽层或者PN结；并产生内电场，其方向是从N区指向P区。PN结是构成各种半导体器件的基本单元。图1-5 PN结的形成2、PN结的单向导电特性。（1）PN结的正向偏置A、P端接电源正极，N端接电源负极则称正向偏置。B、外加电源产生的外电场方向与PN结产生的内电场方向相反。C、削弱了内电场，使PN结变薄。D、有利于两区多数载流子向对方扩散，形成正向电流。E、测的正向电流较大，PN结呈现低电阻，称PN结正向导通。图1-6 结的正向偏置（2）PN结的反向偏置A、P端接电源负极，N端接电源正极则称反向偏置。B、外加电源产生的外电场方向与PN结产生的内电场方向一致。C、加强了内电场，使PN结加宽。D、阻碍了两区多数载流子向对方扩散运动。E、在外电场的作用下，只有少数载流子形成很小的电流，称为反向电流。F、测的电流近似为零，PN结呈现高电阻，称为PN结反向截止。图的反向偏置（3）PN结的单向导电性：加正向电压导通，加反向电压截止。注：少数载流子是由于热激发产生的，因而PN结的反向电流受温度影响很大。本节课注重培养学生的学习兴趣思考题与作业判断题：1、在半导体内部,只有电子是载流子。( )2、在外电场作用下,半导体中同时出现电子电流和空穴电流。( )3、在本征半导体中，自由电子数目比空穴数目多得多。( )4、在外电场作用下,半导体中同时出现电子电流和空穴电流。( )填空题：1、半导体不同于导体和绝缘体的三大独特性质为_ _和光敏性。 2、常见的半导体材料有_ _3、N型半导体的多数载流子是_ ,少数载流子是_.4、PN结具有_特性，及加_PN结导通，加_PN结截止。教材及参考资料教材：1 姜俐侠. 模拟电子技术项目式教程. 机械工业出