半导体二极管 电子教案.doc

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
??1.了解半导体基础知识,掌握PN结的单向导电特性;
??2.熟悉二极管的基本结构、伏安特性和主要参数;
??3.掌握二极管电路的分析方法;
??4.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
??1.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。
??2.二极管电路的分析与应用。
本章难点
??1.半导体二极管的伏安特性,主要参数,单向导电性。
2.二极管电路分析方法。
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
1.1.1 本征半导体
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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。
1.1.2 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?
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??????????图1.1.3 N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。
1.1.3 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。
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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
如上图1.1.6所示,当PN结正偏时,外加电源形成的电场加强了载流子的扩散运动,削弱了内电场,耗尽层变薄,因而多子的扩散运动形成了较大的扩散电流。用流程图表述如下:PN结正偏外电场削弱内电场? 耗尽层变薄?扩散运动漂移运动多子扩散运动形成正向电流 。
3、PN结的反偏
??? 在PN结加反向偏置时,如图1.1.7所示,外加电源形成的外电场加强了内电场,多子的扩散运动受到阻碍,耗尽层变厚;少子的漂移运动加强,形成较小的漂移电流。其过程表述如下:
PN结反偏??外电场加强内电场? 耗尽层变厚扩散运动漂移运动??少子漂移运动形成反向电流 。
? ? 综上所述:
?? ?1)PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻, PN结导通;
2)PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻, PN结截止。
课后总结:这次课我们认识了半导体材料。对于半导体的特性,PN结的特性进行对比记忆,由大家课下熟悉完成记忆。
作业:练习册1.1
板书设计:
一、半导体
1、本征半导体
2、杂质半导体:
二、PN结
题目:1.2 二极管的特性及主要参数
教学目标:了解二极管的特性,分析使用二极管时的主要参数-伏安特性。
教学重点:二极管结构分析,伏安特性的分析;
教学难点:1、伏安特性分析。
2、几个参数的记忆及区分。
教学方法:讲授
教具:色粉笔
新课导入:上次课我们认识了半导体器件中常用的器件“二极管”,在使用过程中不仅要了解它的参数也是不行的,这次我们继续学习它的特性及参数要求。
新授:
1.2.1 半导体二极管的结构和符号
? ???形成PN结的P型半导体和N型半导体上,分别引出两根金属引线,并用管壳封装,就制成二极管。其中从P区引出的线为正极,从N区引出的线为负极。二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.2.1所示。在图1.2.1(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向,二极管常见的封装形式如图1.2.2所示。
1.2.2 二极管的伏—安特性
???? ?半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的单向导电特性。常利用伏一安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。所谓伏安特性,是指二极管两端电压和流过二极管电流的关系,可用电路图来测量。若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑曲线连接起来,就构成二极管