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时间:2018-11-28
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1、电子技术基础教案71§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
2、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71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
3、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
4、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71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
5、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
6、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
7、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。71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1.7PN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
8、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1.8PN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
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