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1、K12学习教育半导体的基础知识教案课 程教学题目授课时间电子电工教师张丽 娟教学班级 半导体的基础知识 计划课时30分钟7月15 日 教学方法 讲授法 知识目标：1、了解本征半导体 2、掌 握杂质半导体3、掌握PN结的形成及特性教学目标能力 目标：培养学生的分析能力， 为以后分析电路而做准备。情感目标：培养学生参与、合作意识，激发学生学习兴趣和乐 于探究的精神。 教学重点重点：杂质半导体、PN结的特性 与 难点难点：PN结的形成教学活动流程教学步骤教学内 容 教学 方法复习提问师生共述时间 5分钟复习内容： 引入新课： 构成各种电子电路最基本的元件是 半导体器件。常用的半导体器件有二极管、三极
2、管、场效应晶体管等。电子器件中的半导体器件是用半导体材料制成的。 物质按其导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和 半导体。 一、复习1、导体：导电能力很强的物质，叫导 体。如低价元素铜、铁、引入 铝等。2、绝缘体：导电能 力很弱，基本上不导电的物质，叫绝缘体.如高价惰性气体和 橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料等.为什么物质的导电能力有如此大的差别呢？这与它们的原子结构有关，即与它们的 原子最外层的电子受其原子核束缚力的强弱有关。半导体的基础知识 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物 K12学习教育质，如硅(Si)、铭(Ge)。硅和铭是4价元素，原子的最外层 轨道上有4个价电子。 一、 本征半导体
3、 本征半导体：纯 净晶体结构的半导体称为本征半导体。本征半导体的物质结构：在电子器件中，用得最多的材料是硅二、新课和错 ，硅 和错都是四价元素，最外层原子轨道上具有 4个电子，讲解 称为价电子。每个原子的 4个价电子不仅受自身原子核的束 缚，而且还与周围相邻的 4个原子发生联系，这些价电子一方 面围绕自身的原子核运动，另一方面也时常由现在相邻原子 所属的轨道上。这样，相邻的原子就被共有的价电子联系在 一起，称为共价键结构。自电子与空穴：共价键中的价电子于热运动而获得一定的能量，其中少数能够摆脱共价键的束 缚而成为自电子，同时必然在共价键中留下空位，称为空穴。空穴带正电。20 分钟教师分析并提醒
4、学生注意半导体的导电性：在外电场作用下，自电子产生定向移动， 形成电子电流；另一方面，价电子也按一定方向依次填补空 穴，即空穴产生了定向移动，形成所谓空穴电流。载流子：此可见，半导体中存在着两种载流子：带负电的自电子和带 正电的空穴。本征半导体中自电子与空穴是同时成对产生 的，因此，它们的浓度是相等的。载流子的浓度：价电子在热运动中获得能量摆脱共价键的束缚，产生电子一空穴 对。同时自电子在运动过程中失去能量，与空穴相遇，使电 子一空穴对消失，这种现象称为复合。在一定的温度下，载 K12学习教育K12学习教育流子的产生与复合过程是相对平衡的，即载流的浓度是一定 的。本征半导体中的载流子浓度，除了
5、与半导体材料本身的 性质有关以外，还与温度有关，当本征半导体所处环境温度 升高或有光照射时，其内部载流子数增多，导电能力随之增 强。所以半导体载流子的浓度对温度十分敏感。上述特点称 为本征半导体的热敏性和光敏性，利用这些特点可以制成半 导体热敏元件和光敏元件。半导体的导电性能与载流子的浓度有关，但因本征载流子在常温下的浓度很低，所以它们 的导电能力很差。当我们人为地、有控制地掺入少量的特定 杂质时，其导电性将产生质的变化。二、杂质半导体 在本征半导体中掺入适量且适当的其他元素，就形成杂质半导 体，其导电能力将大大增强。因掺入杂质不同，杂质半导体 可分为空穴型和电子（N）型半导体两类。1、P型半
6、导体在硅的晶体内掺入少量三价元素。硼原子只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便 产生一个空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是截流子：具有导电性能。在 P型半导体中，空穴数远远大于自电子数， 空穴为多数载流子（多子），自电子为少数载流子（少子）。导 电以空穴为主，故此类半导体称为空穴 （P）型半导体。2、N 一型半导体 在纯净的半导体硅中掺入微量五价元素后，就可成为N型半导体。在这种半导体中,自电子数远大于空穴 数，自电子为多数载流子（多子）；空穴为少数载流子（少子），导电以电子为主，故此类半导体称为电子型半导体。总结半导体的特点：1 .导电能力介于导体与绝缘体
7、之间2 .受外界光和热的刺激时，导电能力会产生显著变化。3.在纯净半导体中，加入微量的杂质，导电能力急剧增强。学生自己总结 三、PN结的形成及特性1. PN 结的形成 在一块完整的晶片上，通过一定的掺杂工艺，一边形成P型半 导体，另一边形成N型半导体。在交界面两侧形成一个带异 性电荷的离子层，称为空间电荷区，并产生内电场，具方向是 从PP变薄+变薄 N+ + + + N空穴穴（多空数）十- +（多数）电子（多数）电子（多数）R内电场I外电场I +内电场外电场 mAUmAUN指向P区，内电场的建立阻碍了 多数载流子的扩散运动 ，随着内电场的加强，多子的扩散运 动逐步减弱，直至彳？止，使交界R面形
8、成一个稳定的特殊的薄 层，即PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方 并复合掉了，或者说消耗尽了 ，因此空间电荷区又称为耗尽 层0 2. PN 结的单向导电特性 在PN结两端外加电 压，称为给PN结以偏置电压。1） PN结正向偏置 给PN 结加正向偏置电压，即P区接电源正极，N区接电源负极，此时 称PN结为正向偏置（简称正偏），如图所示。于外加电源产生 的外电场的方向与 PN结产生的内电场方向相反，削弱了内电 场，使PN结变薄，有利于两区多数载流子向对方扩散，形成正向电流，此时PN结处于正向导通状态。PmAU三、小结 四、作业 实际工作中的运用图PN结加正向电压图PN结加反向电压2）
9、PN结反向偏置给PN结加反向偏置电压，即N区接电源正极，P区接电源负极，称PN结反向偏置 （简称反偏），如图所示。于外加电场与内电场的方向一致，因而加强了内电场，使PN结加宽，阻碍了多子的扩散运 动。在外电场的作用下，只有少数载流子形成的很微弱的电 流，称为反向电流。此时PN结内几乎无电流流过，PN结处于 反向截止状态。综上所述，PN结具有单向导电性，即加正向电压时导通，加反向电压时截止 1、本征半导体 4分2、 杂质半导体 钟3、PN结的形成及特征 什么事PN结？简单 地把一块P型半导体和一块 N型半导体接1分触在一起，能 够形成PN结吗？ 钟 本节课在这一章中具有重要作用，半 导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如 晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、 微波器件等。所以对机械、电子专业类学生是至关重要的。11变溥1IINNP 变厚 + + + + + + + + + + + +N空穴（多数）电子 （少数）电子（多数）空穴（少数）内电场IRIR内电场外电场十 AUR外电场K12学习教育