半导体二极管电子教案.docx

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第一章 半导体二极管

内容简介

本章首先介绍半导体的导电性能和特点，进而从原子结构给与解释。先讨论PN结的形成和PN结的特性，然后介绍半导体二极管特性曲线和主要参数。分析这些管子组成的几种简单的应用电路，最后列出常用二极管参数及技能训练项目。

知识教学目标

了解半导体基础知识，掌握PN结的单向导电特性；

熟悉二极管的基本结构、伏安特性和主要参数；

掌握二极管电路的分析方法；

了解特殊二极管及其应用。技能教学目标

能够识别和检测二极管，会测定二极管简单应用电路参数。本章重点

要求掌握器件外特性，以便能正确使用和合理选择这些器件。如：半导体二极管：伏安特性，主要参数，单向导电性。

二极管电路的分析与应用。本章难点

半导体二极管的伏安特性，主要参数，单向导电性。

二极管电路分析方法。课时 4课时

题目：半导体、PN结

教学目标：了解本征半导体，杂质半导体的区别，从而得出半导体特性。记住半导体PN结的特性。教学重点：1、半导体特性；

2、半导体PN结的特性；教学难点：1、半导体单向导电性。

2、半导体PN结分别加正反向电压导通与截止的特性。教学方法：讲授

教具：色粉笔

新课导入：电子技术基础是我们这学期新开的一门专业课，它包含各个基本小型电路的介绍及使用分析，这次课我们来学习一种材质：半导体。为以后的电路分析打下基础。

新授：

从导电性能上看，通常可将物质为三大类：导体：电阻率，缘体：电阻率，半导体：电阻率ρ介于前两者之间。目前制造半导体器件材料用得最多的有：

单一元素的半导体——硅(Si)和锗(Ge);化合物半导体——砷化镓(GaAs)。

图1.1.1半导体示例

本征半导体

了解：

纯净的半导体称为本征半导体。用于制造半导体器件的纯硅和锗都是四价元素，其最外层原子轨道上有四个电子（称为价电子）。在单晶结构中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有，形成图1.1.2所示的共价健结构，图中+4代表四价元素原子核和内层电子所具有的净电荷。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。

因此，半导体中有自由电子和空穴两种载流参与导电，分别形成电子电流和空穴电流，这一点与金属导体的导电机理不同。

杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。

一、N型半导体

若在四价的硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素(如磷、锑、砷等)，则晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个

电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样，在该半导体中就存在大量的自由电子载流子，空穴是少数载流子，这种半导体就是N型半导体

图1.1.3N型半导体结构

二、P型半导体

若在四价的硅或锗的晶体中少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子,因而在该半导体中就存在大量的空穴载流子,当然,其中还有少数由于本征激发而产生的自由电子，如图1.1.4所示。

需要指出的是,无论是N型还是P型半导体,都是呈电中性的。

*综上所述，半导体特性：

*1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。

2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。

*3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

*5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。

PN结

一、PN结的形成

在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN结是多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动相较量,最终达到动态平衡的必然结果，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

二、PN结的单向导电性1、PN结的偏置

PN结加上正向电压（正向偏置）的意思都是：P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压（反向偏置）的意思都是：P区加负、N区加正电压。

2、PN结正偏

耗尽层变薄，因而多子的扩