电工电子技术电子教案 半导体

教学过程设计表授课班级授课时间课题名称§任务10半导体课型理论课（√）实验课（）技能训练课（）习题课（）复习课（）其他（）签名及审批设计签名年月日审批签名年月日知识目标了解本征半导体、P型半导体和N型半导体的特征，了解PN结的形成过程，掌握PN结的单向导电性。能力目标了解本征半导体、P型半导体和N型半导体的特征，了解PN结的形成过程，掌握PN结的单向导电性。教学重点PN结的单向导电性教学难点PN结的单向导电性教学准备（含教学仪器设备、材料用具、参考书目、辅助教材等）1、教学仪器设备：多媒体电教室、电脑、THETDD-1、THWD-2型实训台2、参考书目：教学用书3、辅助教材：THETDD-1、THWD-2型实训指导书课外练习或作业安排

教学过程设计设计意图教学方法时间1、半导体的基本知识了解本征半导体、P型半导体和N型半导体的特征讲解452、PN结了解PN结的形成过程，掌握PN结的单向导电性讲解353、小结复习回顾，加强知识点的理解记忆讨论、讲解10教学后记（本课题的教学体会、学生信息反馈及今后教学建议）注：1、本表以2学时为单位设计。2、每学期将教学设计表装订成册。

教师教学笔记教学内容摘要补充资料§10.1半导体自然界的物质根据导电能力的不同，一般可分为导体、绝缘体和半导体三大类。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有锗、硅、硒、砷化钾及大多数金属氧化物和硫化物。1、半导体的基本知识（1）半导体的特性半导体物质普遍具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。1）热敏特性通常情况下，半导体类似于绝缘体，几乎不导电。但当温度时，其电阻率减小，导电能力会显著增强，这种特性称为半导体热敏特性。利用半导体的这种热敏特性，可以制成各种热敏器件。2）光敏特性某些半导体材料在有光照时，其导电能力将显著增强，这种特性称为半导体光敏特性。利用半导体的这种光敏特性，可以制成各种光敏电阻和光电管。3）掺杂特性在某种纯净的半导体中掺入微量的某种杂质元素后，其导电能力可增加至几十万到几百万倍，这种特性称为半导体掺杂特性。正是利用半导体的这种掺杂特性，制成了半导体二极管、稳压二极管、晶体三极管、场效应三极管及晶闸管等不同的电子器件。（2）本征半导体在半导体物质中，用的最多的是硅和锗。它们都是4价元素，提纯后可以形成稳定的晶体结构，称为本征半导体。图10-1是单晶硅共价键结构示意图，在单晶硅中，各硅原子就是靠共价键的作用而紧密联系在一起。图10-1单晶硅共价键结构示意图常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。但是形成共价键的8个价电子不像绝缘体中的价电子那样束缚得很紧，价电子在获得一定能量（温度升高或受光照后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。此现象称为本征激发，如图10-2所示。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多，本征激发现象越明显。图10-2本征激发产生的电子——空穴对受温度的影响，价电子在挣脱束缚后，不是游离到空间，而是跳进由本征激发产生的空穴中，这种现象称为复合。同时，参与复合的价电子也会在其所在原子的共价键中留下一个新空穴，它也可以由相邻原子中的价电子来填补，而在该原子中又出现一个空穴，如此继续下去，自由电子在运动的同时，空穴也在反向运动（相当于正电荷的移动），称为空穴载流子运动。综上可知，半导体中同时有两种载流子参与导电，一种是本征激发下的自由载流子，另一种是复合运动形成的空穴载流子，两种载流子电量相等、电性相反、移动方向相反。在一定温度下，半导体中的载流子总是维持一定的数目；温度越高，载流子数目越多，导电性能也就越好。因此温度或光照对半导体导电性能的影响很大。（3）掺杂半导体在本征半导体中掺入微量某种元素，构成掺杂半导体，其导电能力将大大增强。根据掺入微量元素的不同，掺杂半导体可以分为P型半导体和N型半导体。1）P型半导体在硅或锗的晶体中掺入微量+3价元素，如硼，掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，这种半导体就称为空穴半导体或P型半导体，如图10-3（a）所示。（a）P型半导体（b）N型半导体图10-3掺杂半导体2）N型半导体在硅或锗的晶体中掺入微量+5价元素，如磷，掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，这种半导体就称为电子半导体或N型半导体，如图10-3（b）所示。需要注意的是，无论使N型半导体还是P型半导体都是中性的，对外均不显电性。2、PN结单一的N型半导体的导电能力虽然比本征半导体大大增强，但还不能直接制成半导体器件。只有将这两种类型的半导体以特殊的工艺结合在一起形成PN结，才能制成各种具有不同特性的半导体器件。（1）PN结的形成在一块纯净的半导体晶片上，在两侧分别掺入三价元素和五价元素，则一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体。P区空穴浓度高，自由电子浓度低；N区的自由电子浓度高，空穴浓度低。这种载流子浓度差异，使N区的电子向P区扩散，而与P区的空穴复合，在P区靠近交界面处形成负离子薄层；同理，在N区靠近交界面处形成正离子薄层，这两个薄层区域称为空间电荷区。这个电荷区就称为PN结。PN结的形成产生一个由N区指向P区的内电场。内电场的产生对P区和N区多数载流子的相互扩散运动起阻碍作用；但少数载流子会在内电场的作用下越过交界面向对方区域运动，这种运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动最终达到动态平衡，形成稳定的PN结。（2）PN结的单向导电性PN结外加正向电压，即P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为PN结正偏。外加电压在PN结上形成的外电场与内电场方向相反，内电场被削弱，PN结变窄，破坏了原有的动态平衡，多子的扩散运动加强，形成较大的正向电流。这时称PN结处于正向导通状态，如图10-4所示。图10-4PN结正向偏置如果PN结加反向电压，即P区接电源的负极，N区接电源的正极，称为PN结反偏。外加电压在PN结上形成的外电场与内电场