第8课 二极管及其应用（教案）-《电工电子技术基础与应用》同步教学（航空工业出版社）

课题 二极管及其应用（一）——认识二极管 课时 2课时（90 min） 教学目标 知识技能目标： （1）掌握本征半导体、杂质半导体和PN结的知识 （2）掌握二极管的结构、伏安特性和主要参数 （3）能够正确测试二极管的伏安特性 素质目标： （1）树立新时代社会主义青年的历史使命感和社会责任感 （2）坚定实现中华民族伟大复兴的中国梦的理想信念 教学重难点 教学重点：本征半导体、杂质半导体和PN结的知识，二极管的结构、伏安特性和主要参数 教学难点：正确测试二极管的伏安特性 教学方法 案例分析法、问答法、讨论法、讲授法 教学用具 电脑、投影仪、多媒体课件、教材 教学过程 主要教学内容及步骤 课前任务 【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——调测试二极管的伏安特性”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学了解二极管的相关知识 【学生】完成课前任务 考勤 【学生】班干部报请假人员及原因 任务导入 【教师】提出以下问题： 什么是二极管？二极管具有哪些作用？ 【学生】思考、举手回答 传授新知 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，介绍半导体和二极管等内容 4.1.1 半导体概述 半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的物质。它是制造半导体元器件的主要材料，当其受到外界的光和热，或者在其内部掺入其他微量元素后，其导电性会发生显著的变化。 1．本征半导体 ✈【教师】通过多媒体展示“本征半导体”图片（详见教材），帮助学生对这些内容有更直观地认识 本征半导体是指完全纯净的、具有晶体结构的半导体。在半导体元器件中，用得最多的本征半导体是硅和锗。硅和锗都是四价元素，每一个硅（锗）原子与相邻的四个原子之间通过成对的价电子形成了共价键。当本征半导体在温度升高或受到光照时，这些价电子中的一部分会从外界获得一定能量，从而挣脱共价键的束缚而成为自由电子，同时共价键中将会留下一个空位，这个空位称为空穴。 由于空穴的出现，附近共价键中的价电子很容易在获取能量后去填补空穴，而在原共价键中产生新的空穴，其他的价电子又可能来填补新的空穴，因此共价键中就产生了电荷的移动。受共价键束缚的价电子参与导电的机理与自由电子有所不同，为了区分这两种电子的运动，通常用空穴的运动来代替共价键中价电子的运动，将空穴看成是带正电荷的粒子，它所带的电荷与电子所带的电荷大小相等、极性相反。 在外加电场的作用下，自由电子和空穴都是能够承载定向电流的带电粒子，它们统称为载流子。 【点拨】 在本征半导体中，自由电子和空穴这两种载流子的数量相等。由于载流子的总数量很少，因此本征半导体的导电性不强。 2．杂质半导体 在本征半导体中人为地掺入其他微量元素（称为杂质），可以使其导电性能发生显著的变化，而掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的元素不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两种。 1）P型半导体 P型半导体是在本征半导体（硅或锗）中掺入微量三价元素硼制成的。在P型半导体中，空穴的数量较多，自由电子的数量较少，主要由带正电荷的空穴参与导电。 2）N型半导体 N型半导体是在本征半导体（硅或锗）中掺入微量五价元素磷制成的。在N型半导体中，自由电子的数量较多，空穴的数量较少，主要由带负电荷的自由电子参与导电。 【点拨】 在杂质半导体中，虽然掺入的杂质很少，但是由于杂质原子提供的载流子数量远大于硅（锗）原子的载流子数量，因此杂质半导体的导电性要比本征半导体强得多。 3．PN结 1）PN结的形成 在P型（或N型）半导体的局部再掺入浓度较高的五价元素磷（或三价元素硼），可在相应的区域形成N区（或P区）。由于P区的空穴多于自由电子，N区的自由电子多于空穴，因此在P区和N区的交界面附近将产生多子（即占多数的载流子）的扩散运动和少子（即占少数的载流子）的漂移运动。 【点拨】 扩散是指载流子由浓度高的一侧向浓度低的一侧运动；漂移是指载流子在电场的作用下做定向移动，空穴的漂移方向与内电场的方向相同，自由电子的漂移方向与内电场的方向相反。 ✈【教师】通过多媒体展示“PN结的形成”图片（详见教材），帮助学生对这些内容有更直观地认识 P区的空穴向N区扩散，与N区的自由电子复合；N区的自由电子向P区扩散，与P区的空穴复合。这种扩散运动使N区失掉自由电子产生正离子，P区得到自由电子产生负离子，结果在P区和N区交界面的两侧，形成了由等量正、负离子相互作用的空间电荷区，空间电荷区的内电场由N区指向P区，它对多子的扩散运动起阻碍作用。 空间电荷区的出现有助于内电场中少子的漂移运动。因此，在内电场作用下，N区的空穴向P区漂移，P区的自由电子向N区漂移，最终使空间电荷区变窄，内电场被削弱。 扩散运动与漂移运动是相互联系又相互对立的，当两者的运动达到动