1、电 子 技 术 基础教 案11-1 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
2、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2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：热敏性光敏性掺杂性 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
3、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，
4、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。3二、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
5、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
6、。三、PN 结及其单向导电性1PN 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P型 半 导 体 N型 半 导 体 4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，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。
7、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 区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内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。少数载流子在内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）52. PN 结的单向导电性如果在 PN 结两端加上不同极
8、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，图 1.20 PN 结外加反向电压小结：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。61-2 二 极 管目的与要求1. 了解半导体二极管的结构2. 掌握半导体二极管的符号3. 理解半导体二极管的伏安特性4. 知道二极
9、管的主要参数重点与难点重点 1. 二极管的符号2. 二极管的伏安特性难点 二极管的伏安特性教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三角尺小结外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为 0.5V，锗管约为 0.2V。当反向电压的值增大到 UBR 时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，U BR 为反向击穿电压。布置作业71-2 二 极 管一、半导体二极管的结构二极管的定义：一个 PN 结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称
10、二极管。二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。二极管按其结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类。点接触型二极管 PN 结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面接触型二极管 PN 结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。平面型二极管 PN 结面积有大有小。图 1.11 二极管的符号简单介绍常见的二极管的外型了解国产二极管的型号的命名方法。二、半导体二极管的伏安特性1、正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常
11、死区电压硅管约为 0.5V，锗管约为 0.2V。8图 1.13 二极管的伏安特性曲线2、反向特性二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图1.13 可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（I-IS） ，而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流从图 1.13 可见，当反向电压的值增大到 UBR 时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，U BR 为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。 补充：二极管的温度特性二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明
12、，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/） ；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高 10，反向电流大约增加一倍。三、 二极管的主要参数（ 1）最大整流电流 IF最大整流电流 IF 是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。（ 2）反向击穿电压 UBR9反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。（ 3）反向饱和电流 IS它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。另外（4）反向击穿电压 UB：指管子反向击穿时的电压值。（5）最高工作频率 fm：主要取决于 PN 结
13、结电容的大小。理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。四、二极管极性的判定将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几千欧以下） ，则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻值很大（几百千欧以上） ，则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极。五、二极管好坏的判定（1）若测得的反向电阻很大（几百千欧以上） ，正向电阻很小（几千欧以下） ，表明二极管性能良好。（2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。（3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。补充：特殊二极管1.稳压二极管2.发光二极管 LED3.光电二极管4.变容二极管5.激光二极管
