第1讲半导体与PN结

1、主讲：谢平凡主讲：谢平凡 数字电子技术实用教程数字电子技术实用教程 机电类机电类 主主 编：覃爱娜编：覃爱娜 副主编：陈明义副主编：陈明义 陈陈 里里 华中科技大学出版社华中科技大学出版社 模拟电子技术实用教程模拟电子技术实用教程 机电类机电类 主主 编：罗桂娥编：罗桂娥 副主编：宋学瑞副主编：宋学瑞 张静秋张静秋 陈革辉陈革辉 华中科技大学出版社华中科技大学出版社一、授课教材电路与电子技术实验教程电路与电子技术实验教程 （第（第1版）版） 主主 编：张静秋编：张静秋 副主编：刘子建副主编：刘子建 谢平凡谢平凡 彭卫韶彭卫韶 中中 南南 大大 学学 出出 版版 社社 二、实验教材模拟电子技术部

2、分讲授模拟电子技术部分讲授3434学时学时：半导体器件、基本放大电路、集成放大器、信号运算电路、滤波半导体器件、基本放大电路、集成放大器、信号运算电路、滤波电路、信号发生电路、信号比较电路、直流稳压电源电路、信号发生电路、信号比较电路、直流稳压电源数字电子技术部分讲授数字电子技术部分讲授3030学时学时：逻辑代数、逻辑代数、MSIMSI组合逻辑电路组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数：编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器；值比较器、加法器；MSIMSI时序逻辑电路时序逻辑电路：寄存器、计数器；：寄存器、计数器；模数混合模数混合ICIC：555555定时器、数定时器、数/ /模

3、转换器、模模转换器、模/ /数转换器；数转换器；LSILSI组合逻辑电路组合逻辑电路：半导体存储器。：半导体存储器。8 8次次（1616学时）学时）实验实验：模拟部分模拟部分4 4次、数字部分次、数字部分4 4次次三、教学主要内容1.1.坚持按时到课，维护良好的教学氛围；坚持按时到课，维护良好的教学氛围；2.2.独立认真完成作业，紧跟教学进度；独立认真完成作业，紧跟教学进度；3.3.独立认真做好每次实验，促进理论学习；独立认真做好每次实验，促进理论学习；4.4.达到如下条件之一者，将被达到如下条件之一者，将被取消考试资格。取消考试资格。 a a b b c c 四、教学基本要求模拟电子技术基础

4、模拟电子技术基础（第（第5 5版）童诗白版）童诗白 主编主编 高教版高教版数字电子技术基础数字电子技术基础（第（第5 5版）阎版）阎 石石 主编主编 高教版高教版电工学电工学 （下册）（下册） （第（第7 7版）秦曾煌版）秦曾煌 主编主编 高教版高教版手机：手机：138 0846 5271 138 0846 5271 Q Q: Q Q: 10857 73765 10857 73765 弥勒佛弥勒佛邮箱：邮箱：pfxie001 pfxie001 五、主要参考著作六、联系方式8七、习题册的购买七、习题册的购买（必须以班为单位集体购买！必须以班为单位集体购买！）单单 价：价： 5 5元元/ /本本(

5、 (严禁复印，严禁复印，否则平时成绩记否则平时成绩记0 0分！分！) )购买时间购买时间: : 第第3 3周星期一、三周星期一、三 下午下午2:305:002:305:00 第第4 4周星期一、三周星期一、三 下午下午2:305:002:305:00购买地点购买地点: : 新校区综合实验楼新校区综合实验楼301301 经办人员：经办人员： 谢平凡老师谢平凡老师手手 机：机： 138138 08460846 52715271九、实验报告纸与实验条形码的购买九、实验报告纸与实验条形码的购买（必须以班为单位集体购买！必须以班为单位集体购买！）单单 价：价： 0.30.3元元/ /张（张（严禁复印！严

6、禁复印！）（本课程每人购买）（本课程每人购买8 8张张即可）即可）购买时间购买时间: : 上午上午9:0011:009:0011:00、下午、下午3:005:003:005:00购买地点购买地点: : 新校区综合实验楼新校区综合实验楼318318旁旁经办人员：经办人员： 姜姜 锡老师锡老师手手 机：机： 138138 73167316 81868186八、实验教材的购买八、实验教材的购买（必须以班为单位必须以班为单位或或2020人以上人以上集体购买！集体购买！）单单 价：价： 2626元元/ /本本购买时间购买时间: : 上午上午8:0011:308:0011:30；下午；下午2:305:00

7、2:305:00购买地点购买地点: : 新校区综合实验楼新校区综合实验楼313313、308308 经办人员：经办人员： 牛英杰、张静秋老师牛英杰、张静秋老师手手 机：机： 8887 67188887 6718、88876339888763391 1、实验实验11 11 单管放大电路的研究单管放大电路的研究（第（第5 5周）周）十、十、实实验验（共（共8 8次）次）的进程安排的进程安排2 2、实验实验14 14 运算电路运算电路的的分析与设计分析与设计（第（第7 7周）周）3 3、实验实验15 15 电压比较器电压比较器的的分析与设计分析与设计（第（第9 9周）周）4 4、实验实验19 19

8、整流、滤波和稳压电路的研究整流、滤波和稳压电路的研究（第（第1111周）周）5 5、实验实验20 20 门电路功能测试及应用门电路功能测试及应用（第（第1212周）周）6 6、实验实验23 23 组合组合逻辑逻辑电路电路设计设计（第（第1313周）周）十一、实验预定的网址：十一、实验预定的网址：727 7、实验实验24 24 触发器逻辑功能测试及应用触发器逻辑功能测试及应用（第（第1414周）周）8 8、实验实验25 25 常用集成时序逻辑电路的应用常用集成时序逻辑电路的应用（第（第1515周）周）10成绩评定成绩评定期终考试期终考试 60%60%平时平时

9、成绩成绩40%40%实验实验 25%25%作业作业 15%15%考勤考勤 缺课4次及以上取消考试资格！十二、成绩构成十二、成绩构成单晶硅单晶硅(Si)的原子结构平面示意图的原子结构平面示意图 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键价电子价电子1.常用的半导体材料常用的半导体材料Jons Jakob Berzelius-瑞典瑞典,1823、C1emens Alexander Winkler-德国，德国，1886硅硅 Si(Silicon) 和锗和锗 Ge(Germanium) 均为四价元素，原子最外层有均为四价元素，原子最外层有4个价电子。个价电子。2.本征半导体定义：

10、本征半导体定义：高度纯净高度纯净、具有、具有完整晶格完整晶格的半导体称为本征半导体。的半导体称为本征半导体。3.本征半导体的物理性能本征半导体的物理性能 Si Si Si Si Si Si Si Si Si温度温度(T)(T)一定时，一定时，载流子载流子数量一定。当数量一定。当tt时，时，载流子载流子数量数量。价电子依次填补空穴，形成价电子依次填补空穴，形成电子电流和空穴电流。电子电流和空穴电流。在室温下受热激发时，产生在室温下受热激发时，产生电子空穴对电子空穴对； 在绝对零度在绝对零度 (T=0K)时不导电，时不导电，相当于绝缘体；相当于绝缘体；l 半导体中有两种载流子：半导体中有两种载流子

11、：自由电子自由电子和和空穴，空穴，这就是半导体导电的重要物质基础。这就是半导体导电的重要物质基础。自由电子自由电子空穴空穴l 半导体的导电性能受温度影响很大。半导体的导电性能受温度影响很大。 4.4.半导体的导电特性：半导体的导电特性：( (可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻) )。3)3)掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变( (可做成各种半导体器件：如二极管、三极管和晶闸管等）。可做成各种半导体器件：如二极管、三极管和晶闸管等）。2)2)光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时

12、，导电能力明显变化( (可做成各种光敏元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等可做成各种光敏元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等) )。1)1)热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键5.掺杂掺杂(杂质杂质)半导体半导体1) N型半导体型半导体:多数载流子为电子多数载流子为电子，少数载流子为空穴。少数载流子为空穴。在 室 温 下 就在 室 温 下 就可 以 激 发 成可 以 激 发 成自由电子自由电子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共价键共价键2) P型半导体

13、型半导体:受主原子受主原子空位吸引邻空位吸引邻近原子的价近原子的价电子填充。电子填充。多数载流子为空穴多数载流子为空穴，少数载流子为电子。少数载流子为电子。6.6.小结：小结：1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。其中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。3)杂质半导体中，杂质浓度决定多子的数量，环境温度决定少子的数量。特别提示：特别提示：N N型、型、P P型掺杂半导体，对外均呈电中性。型掺杂半导体，对外均呈电中性。7.PNPN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动多子浓度差异多子浓度差异内电场越强，漂移运动越强，内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变窄。而漂移使空间电荷区变窄。扩散越强，扩散越强， 空间电荷区越宽。空间电荷区越宽。最后最后扩散运动和漂移扩散运动和漂移运动运动达到动态平衡时，达到动态平衡时，便形成