《电子技术基础》正式教案设计

电子技术基础教案

§1-1 半导体的基础知识

目的与要求

1. 了解半导体的导电本质，

2. 理解N型半导体和P型半导体的概念

3. 掌握PN结的单向导电性

重点与难点

重点

1.N型半导体和P型半导体

2. PN结的单向导电性

难点

1.半导体的导电本质

2.PN结的形成

教学方法

讲授法,列举法,启发法

教具

二极管,三角尺

小结

半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动

PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。

布置作业

1.什么叫N型半导体和P型半导体

第一章常用半导体器件

§1-1 半导体的基础知识

自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。

半导体的特点：

①热敏性

②光敏性

③掺杂性

导体和绝缘体的导电原理：了解简介。

一、半导体的导电特性

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。

1．热激发产生自由电子和空穴

每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。

在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。

2．空穴的运动（与自由电子的运动不同）

有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。

3.结论

（1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。

（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。

（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。

（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。

二、N型半导体和P型半导体

本征半导体

完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。

杂质半导体

在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N 型）半导体和空穴型（P 型）半导体。

1. N 型半导体

在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P ）、砷（As ）等，则构成N 型半导体。

在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N 型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。

2.P 型半导体

在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B ）、铟（In ）等，则构成P 型半导体。

在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P 型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。

三、PN 结及其单向导电性

1．PN 结的形成

半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。

P 型半导体

N 型半导体

多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1.6所示。

图1.7 PN结的形成（1）

由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.7所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又称空间电荷区为耗尽层。

空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的电场。电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN 结的宽度保持一定而处于稳定状态。

图1.8 PN结的形成（2）

2. PN结的单向导电性

如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。

（1）PN结外加正向电压

PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏，

图1.9 PN结外加正向电压

（2）PN结外加反向电压

PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏，