第一章 晶体二极管及其应用电子（教案）西科大版

上课时间 年 月 日 第1～2课时 课题 半导体、N型半导体与P型半导体、PN结 课型 理论课 教学方法 讲授法、多媒体演示法 学法 讨论、推理 教具 PPT 教学目的 1、了解半导体的特性； 2、理解N型半导体与P型半导体的形成； 3、理解PN结的构成及特性 教学重点 1、N型半导体与P型半导体的形成； 2、PN结的特性； 教学难点 N型半导体与P型半导体中载流子的形成 教学过程 【新课引入】 教师提问：从材料导电性能的角度，一般将物体分为几类？从而引出半导体材料。 【新课教学】 教学内容1：半导体的基本概念 教师活动：PPT展示半导体的基本概念： 讲解： 1、半导体：半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。 2、本征半导体：不含任何杂质的晶体半导体材料。 3、常见的本征半导体材料：纯净的硅和锗。是由原子组成的晶体。 教学内容2：半导体的掺杂与载流子 教师活动：PPT展示半导体的掺杂与载流子的形成 讲解： 引导学生回顾烹饪中加调料方法和作用。以“加调料”做类比，讲解本征半导体的掺杂性： 由于本征半导体特殊的晶格结构，它的导电能力差，接近于绝缘体，且外加的强制力如光、温度、电场等的作用并不能改变它的导电性能。但像“加调料”一样在晶片中添加一些特殊的杂质，它的导电状态和性能就随外加强制力的作用而改变，非常有利于电路中电流和电压的控制。 这种改造本征半导体导电性能的方法就是掺杂。 本征半导体中掺入特殊杂质后，它的导电性发生明显改变的特性称为掺杂性。 在半导体掺杂中，最重要的两种杂质是硼和磷。 在本征半导体中掺入特殊杂质后，它的导电性能之所以发生明显改变，是因为其中产生了载流子。 以硅晶片为例讲解载流子的形成： 由于硅原子间的共价键作用，硅晶体中几乎没有自由电子。若在硅晶片中掺杂磷（5价元素），磷原子和硅原子间由于共价键的作用，使一些电子不能被束缚而成为自由电子。如下图（a）所示。这种掺杂半导体（以下简称半导体）在电场作用下，其中的自由电子向高电位端定向移动形成电流。掺杂越多，电流越大；若在硅晶片中掺杂硼（3价元素），一个硼原子和一个硅原子间的共价键中将出现一个空位，使这个硅原子的核内正电荷和核外负电荷总量不平衡，显现出一个单位的正电荷（即一个质子的电荷量）如图1.1.1（b）所示。这种半导体在电场作用下，将有电子被激发，跃迁填入到共价键空位中，使带正电的空穴向低电位端定向移动，形成电流。同样，掺杂越多，电流越大。 ( 自由电子：带负电。 空穴：显正电 3 、载流子 )掺杂半导体导电所需的自由电荷与金属导体中的自由电荷的来源、性质不同，为加以区别，把半导体中的电子和空穴统称为载流子。 教学内容3：P型半导体和N型半导体 讲解： 在本征半导体中掺杂不同物质后，其中将产生不同的载流子。 4、像硅晶片掺杂磷后的半导体，在本征半导体中掺入五价元素后，其中的载流子以电子为主，把这种半导体称为N型半导体。即N型半导体通过电子导电。 5、像硅晶片掺杂硼后的半导体，在本征半导体中掺入三价元素后，其中的载流子以空穴为主，把这种半导体称为P型半导体。即P型半导体通过空穴导电 教学内容4 讲解： 1、PN结的形成：通过特殊制作工艺将P型半导体和N型半导体紧密结合在一起，在这两个半导体的交界处形成一个具有特殊性质的薄层，这个薄层被称为PN结。如下图所示。 2、PN结的特性：PN结的显著特性就是单向导电性。 在PN结的P型半导体上加上高电位，N型半导体上加上低电位，PN结就会导通，产生电流；反之，即在PN结的P型半导体上加上低电位，N型半导体上加上高电位，PN结中仅有极微弱的电流，PN结几乎截止。PN结的这种导电现象被称为单向导电性。 3、正向电压与反向电压：为表述方便，把PN结的P型半导体上加上高电位、N型半导体上加上低电位时PN结两端的电压称为正向电压，PN结在正向电压作用下导通所产生的电流称为正向电流；反之，即在PN结的P型半导体上加上低电位、N型半导体上加上高电位时PN结两端的电压称为反向电压。这样，PN结的单向导电性可表述为：在PN结上加上一定的正向电压，PN结就导通，产生正向电流；在PN结上加反向电压，PN结就截止。 【课堂小结】 教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下： 1、半导体：半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。 2、本征半导体：不含任何杂质的晶体半导体材料。 3、常见的本征半导体材料：纯净的硅和锗。是由原子组成的晶体。 4、掺杂性：本征半导体中掺入特殊杂质后，其中出现载流子，使半导体的导电性发生明显改变。 ( 自由电子：带负电。 空穴：显正电 6 、载流子 )5、在本征半导体中掺杂不同物质，其中将产生不同的载流子。 7、在本