模拟电子技术教（学）案

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1、......学校教案2011～2012学年第二学期机电工程学院学院(系、部)电气工程教研室(实验室)模拟电子技术课程名称授课班级主讲教师职称使用教材泰州师范高等专科学校二○一二年二月参考材料......模拟电子技术课程教案第1讲[课程类别]理论课[授课题目]1.1半导体基础知识[教学目的与要求]1.了解PN结的形成；2.理解PN结的单向导电性。[教学重点与难点]重点：PN结的单向导电性；难点：1.掺杂半导体中的多子和少子的概念；2.PN结的形成；3.半导体的导电机理：两种载流子参与导电；[教具和媒体使用]多

2、媒体课件。[教学方法]讲授法、问题教学法。[教学时数]2学时。[教学过程]导入：介绍日常生活中由半导体器件构成的物品。新授：一、半导体基本概念1、半导体及其导电性能参考材料......根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为-3-910～10cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入

3、某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性，这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时，本征半导体不导电。3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自

4、由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性参考材料......质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形

5、成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。5、杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成N型（电子型）半导体；掺入三价元素（如硼、镓、铟等）就形成P型（空穴型）半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越高，其导电能力越强。在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。多子（自由电子）的数量＝正离子数＋少子（空穴）的数量在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是

6、少数载流子。多子（空穴）的数量＝负离子数＋少子（自由电子）的数量二、PN结的形成及其单向导电性1、PN结的形成半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。PN结的形成：在同一块半导体上形成P型和N型半导体区域，在这两个区域的交界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒区）的宽度基本上稳定下来，PN结就形成了。2、PN结的单相导电性当P区的电位高于N区的电位时，称为加正向电压（或称为正向偏置），此时，PN结导通，呈现低电阻，流过mA级电流

7、，相当于开关闭合；参考材料......当N区的电位高于P区的电位时，称为加反向电压（或称为反向偏置），此时，PN结截止，呈现高电阻，流过μA级电流，相当于开关断开。PN结是半导体的基本结构单元，其基本特性是单向导电性：即当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能。PN结的单向导电性：PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。PN结的反向击穿特性：当PN结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数值的增加而急剧增大。PN结的反向击

8、穿有两类：齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若对其电流不加以限制，都可能造成PN结的永久性损坏。2、PN结温度特性当温度升高时，PN结的反向电流增大，正向导通电压减小，这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。3、PN结电容效应PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定：一是势垒电容CB，二是扩散电容CD，它们均为非线性电容。*势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电