高三物理.ppt

輸出
A
B
OR
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
XOR邏輯閘
輸入
輸出
A
B XOR
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
半加法器
A
0
B+ 0
00
A B
0 +1
01
數位電路
1 +1
10
第一位數 第二位數
輸入 AB 00 01 10 11
輸出 AND
0 0 0 1
輸入 AB 00 01 10 11
輸出 XOR
0 1 1 0
輸入 AB 00 01 10
所以又稱自由載子（carrier）
雜質半導體1
如何增加半導體的導電性？
材料 自由電子濃度（㎝-3）
Si
1.71×1013
Ge
6.93×109
Cu
8.43×1022
半導體在室溫（300K）時，自由載子 （carrier）濃度太小，導電性與導體 相比，小的微不足道。
銅的密度：8.9g/cm3；銅的原子量63.55 29Cu之基態電子組態：[Ar]3d10 4s1
二極體是什麼？
順向導通
逆向不通
二極體符號
單向導通的閥門
二極體的功能？
順向導通（順向偏壓）
單向導通的閥門 逆向不通（逆向偏壓）
如何用半導體 製作電流的單向閥門？
廣播電台
收音機
用什麼機器，可以完成具有 數位計算與類比放大 的訊號處理能力？
真空管時代
電子學的發展史
電晶體時代
積體電路時代
需要修讀電子學的大學科系
電子、電機、資工、材料、物理
高中電子學要學哪些？
半導體的導電特性 電子元件：二極體、電晶體 微電子技術：積體電路
半導體
1.什麼是半導體 2.為什麼要用半導體 3.本質半導體與雜質半導體 4.半導體的光電性質
+4
+4
+4
1.雜質原子有5個電子比周
圍的原子多一個電子。
2.多出的電子因為未形成鍵
結，而可自由移動。因此可 視為自由電子。
3.但半導體整體來看仍
然是電中性。雜質原子 附近整體帶+1e正電。多 出的電子帶-1e負電。
電荷分布 純半導體的電荷 雜質原子的電荷
可自由移動
自由電子（多數載子） Negative type
子
energy level
能
量
原子模型
固態中週期性排列的電子 能級簡倂成能帶
未填電子
導帶conduction band 能隙 energy gap 價帶valence band
填滿電子
能帶理論2
什麼是半導體
用能隙的大小來說明半導體
導體
半導體
絕緣體
半導體的種類
什麼是半導體
元素 半導體
化合物半導體
舉例 說明
Si Si Si
Free hole 自由電洞
能
量
導帶
3.半導體內因熱能產生ㄧ個自由電子，留下一個
空缺，因此原子核的正電荷比周圍束縛電子的負 電荷多一個。則此原子整體帶一個正的基本電荷。 周圍束縛電子受熱能擾動及此正電荷的吸引，很 容易的過來填滿此空缺。而此周圍電子在原來的 位置留下一個空缺。這樣看起來好像是帶正電的 空缺可以自由移動。此空缺稱為自由電洞或簡稱 電洞。
什麼是半導體
物質的導電能力
長度
長度
分類 物質 電阻率(單位Ω．m)
電阻R
A
鐵 導 體
銅
半
矽
導
電阻率與物質種類有關 體 鍺
絕
玻璃
緣
體
石英
9. 61 10-8 1. 69 10-8 6.4 10 2 2.6 10-1 1010 ~ 1014 7.5 1017
能帶理論1
什麼是半導體
電
電子能級
數位電路
二進位加法
十進位
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
二進位
0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001
0 +0
00
0 +1
01
1 +1
10
10 +1
11
11 +1 100
真值表與邏輯閘
AND邏輯閘
輸入
輸出
A
B AND
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
數位電路
OR邏輯閘
輸入
電洞（少數載子）
Semiconductor
不能移動
施體離子
N型半導體
雜質半導體3
摻雜（doping）
P-型半導體
摻雜原子的多餘電子
電洞
+4
+4
+4
+4
+1
空缺
+4
+3
+4
+4
+4
+4
1.雜質原子有3個電子比周
圍的原子少一個電子。
+3
-1
受體
離子
2.周圍電子移動至空缺，而
在原來原子留下另一個空缺。 因此可視為自由電洞。
高三物理 電子學
資訊時代的基本知識
1.簡介 2.半導體 3.二極體 4.電晶體 5.微電子技術
簡介
1.電子學的功能 2.電子學的發展史 3.電子學相關的科系 4.高中電子學要學哪些？
電子電路的功能
訊號處理 數位電路 類比電路
電力配送 直流電路 交流電路
計算機 收音機
熱水瓶 日光燈 電燈 電磁爐
二進位
3.但半導體整體來看仍
然是電中性。雜質原子 附近整體帶-1e負電。電 洞帶+1e正電。
電荷分布 純半導體的電荷 雜質原子的電荷
可自由移動
自由電子（少數載子） Positive type
電洞（多數載子）
Semicowenku.baidu.comductor
不能移動
受體離子
P型半導體
二極體
1.p-n接面與二極體 2.二極體的應用：整流電路 3.二極體的應用：倍壓電路 4.發光二極體（LED）
11
輸出
CarryOut Sum
0
0
0
1
0
1
1
0
全加法器
1
CarryIn
1
A B
1
數位電路
CarryOut
+
111
111
1
1
1
1110
1
0 1
A B
CarryIn
1
0 1
1
Sum
1
CarryOut
什麼是類比訊號
類比電路
依據物理量連續的變化決定訊號的內容
類比訊號的傳輸
聲波
混波
發射器
傳送
濾波
放大
載波
銅的自由電子濃度 8.9 gram/cm 3 6.02 10 23個/mol 8.43 10 22個/cm3 63.55 gram/mol
導電性
載子濃度
溫度 外加物質（摻雜）
雜質半導體2
摻雜原子的多餘電子
+4
+4
+4
+4
+5
+4
N-型半導體
+5
摻雜（doping）
自由 電子
-1
+1
施體 離子
Ge、Si
GaAs、InP、CdS
ⅧA
為什麼要用半導體
真空管與半導體元件的比較
純半導體
純半導體：自由電子與電洞1
1.如果溫度為絕對零度時，電子填滿價帶。
Si Si Si
2. ， Free electron自由電子
如果溫度升高，電子獲得熱能 脫離原子核束
縛從價帶躍遷至導帶。此電子稱為自由電子。
Si Si Si
價帶
4.自由電子及電洞的數量與溫度有關。溫度越高數
量越多。但在純半導體（本質半導體）自由電子的 數量=電洞的數量
純半導體與雜質半導體
純半導體：自由電子與電洞2
5.自由電子與電洞會提高半導體的導電性。因此
溫度越高半導體的導電性越好。 比較： 金屬的導電性隨溫度的升高而下降
6.自由電子與電洞可以攜帶電荷移動形成電流。