三半導(dǎo)體及其應(yīng)用

1、三半導(dǎo)體及其應(yīng)用【教學(xué)目標(biāo)】1、知識目標(biāo)知道什么是半導(dǎo)體；了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及常見半導(dǎo)體材料；了解半導(dǎo)體的的應(yīng)用。2、能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生通過多種途徑獲取新知識的能力。3、德育目標(biāo)通過介紹半導(dǎo)體集成電路和計算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科技的高尚品質(zhì)?！窘虒W(xué)重點】半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性?！窘虒W(xué)難點】半導(dǎo)體導(dǎo)電特性的應(yīng)用。【教學(xué)方法】講授法、實驗法?！窘叹邷?zhǔn)備】演示用多用電表、熱敏電阻、光敏電阻、火柴、手電筒?！菊n時安排】1課時【教學(xué)過程】一、導(dǎo)入新課上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電阻定律，知道導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料、橫截面積、長度和溫度 等有關(guān)，且金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而變大。在實際中也有一些特殊材料，它們有

2、 一些獨特的導(dǎo)電特點，這些材料有著較為廣泛重要的用途。本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)這些材料的 特點及其應(yīng)用。二、新課教學(xué)1、半導(dǎo)體問題：回憶初中學(xué)過的導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的概念。容易導(dǎo)電的物體稱為導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物體稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱為半導(dǎo)體。其實導(dǎo)體和絕緣體之間并沒有絕對的界限，只是絕緣體的電阻率很大。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而且電阻不隨溫度的增加而增加，反隨溫度的增加 而減小，這種材料稱為半導(dǎo)體。問題：列舉幾種常見的半導(dǎo)體材料。鍺、硅、砷化鎵、銻化銦等都是半導(dǎo)體材料。（簡介半導(dǎo)體的自由電子-空穴對的導(dǎo)電機(jī)理，解釋半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性）（2）從電阻率的觀點認(rèn)識導(dǎo)體

3、、絕緣體、半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體的電阻率約為10-810-6Qm絕緣體的電阻率約為10810i8Qm半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，約為10-5106Qm總結(jié)：導(dǎo)體的電阻率一般很小，絕緣體的電阻率一般很大。2、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性（1）半導(dǎo)體的熱敏特性演示：將半導(dǎo)體熱敏電阻與演示用歐姆表串聯(lián)，用燃燒的火柴靠近熱敏電阻?，F(xiàn)象：開始時歐姆表指針指示電阻較大，用燃燒的火柴靠近熱敏電阻時，其阻值急劇 減小?？偨Y(jié)：有些半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度升高而減小。（溫度升高，半導(dǎo)體中的自由電子-空穴對的數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻減?。┌雽?dǎo)體材料的電阻隨溫度升高而減小，稱為半導(dǎo)體的熱敏特性。歐姆表態(tài)）-鞏固練習(xí)如圖

4、所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”檔，再將電表的兩 支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時指針恰好指在刻度 盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精，指針將向（填“左”或“右”） 轉(zhuǎn)動；若用電吹風(fēng)機(jī)向Rt吹熱風(fēng)，指針將向（填“左”或“右”） 轉(zhuǎn)動。（答案：左右）（2）半導(dǎo)體的光敏特性演示：將光敏電阻與演示歐姆表串聯(lián)，用手電筒照射光敏電阻?，F(xiàn)象：開始時歐姆表指針指示電阻較大，用手電筒照射光敏電阻時，其阻值急劇減小?？偨Y(jié)：有些半導(dǎo)體材料的電阻在光照下大大減小。（受到光照后，半導(dǎo)體中的自由電子-空穴對的數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻減?。┌雽?dǎo)體材料的電阻隨光照而減小，稱為半導(dǎo)體的光敏特性

5、。鞏固練習(xí)RL如圖7所示，電路中電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為 光敏電阻，D為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)），且R與D 相距不遠(yuǎn)，距離不變。下列說法中正確的是（ ）當(dāng)滑動觸頭P左移時，L消耗的功率增大當(dāng)滑動觸頭P左移時，L消耗的功率減小當(dāng)滑動觸頭P右移時，L消耗的功率可能不變無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變（答案:A）（3）半導(dǎo)體的摻雜特性在純凈的半導(dǎo)體材料中摻入微量的雜質(zhì)，會使它的電阻急劇變化，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 大大增強(qiáng)，稱為半導(dǎo)體的摻雜特性。（如果摻入3價雜質(zhì)，每個雜質(zhì)原子能提供一個空穴，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)大量的空穴， 與自由電子-空穴對一起形成導(dǎo)電微粒，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增強(qiáng)

6、，電阻減?。蝗绻麚饺? 價雜質(zhì)，每個雜質(zhì)原子能提供一個自由電子，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)大量的自由電子，與自由電子-空穴對一起形成導(dǎo)電微粒，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻減小；）3、半導(dǎo)體的應(yīng)用及發(fā)展半導(dǎo)體獨特的導(dǎo)電特性是導(dǎo)體和絕緣體所沒有的，所以半導(dǎo)體在現(xiàn)代技術(shù)中有重要的 應(yīng)用。（1）利用半導(dǎo)體材料可以制成熱敏電阻、光敏電阻、傳感器、晶體二極管、晶體三極管 等電子元件。利用半導(dǎo)體的熱敏特性，可以用半導(dǎo)體材料制成體積很小的熱敏電阻，它能將溫度變 化轉(zhuǎn)化為電信號，測量這種電信號，就可以知道溫度變化的情況。這種測量方法反應(yīng)快， 精度高。利用半導(dǎo)體的光敏特性，可以用半導(dǎo)體材料制成體積很小的光敏電阻，它能將光信號

7、轉(zhuǎn)化為電信號。光敏電阻可以起到開關(guān)的作用，在需要對光照有靈敏反應(yīng)的自動控制設(shè)備 中有廣泛的應(yīng)用。利用半導(dǎo)體的摻雜特性，再加上特殊的制作工藝，人們制成了晶體二極管和晶體三極 管。晶體二極管和晶體三極管在電子線路中也有著較為廣泛的用途。（2）制成集成電路、超大規(guī)模集成電路，開辟了微電子技術(shù)的新時代。將晶體管、電阻、電容等電子元件及相應(yīng)的連線同時制作在一塊面積很小的半導(dǎo)體晶 片上，使這成為具有一定功能的電路，這就是集成電路。在大規(guī)模集成電路中，在面積比小拇指的指甲還小的一塊半導(dǎo)體晶片上可以集成上百 萬個電子元件。集成電路的制成，開辟了微電子技術(shù)的時代。（3）半導(dǎo)體的發(fā)展前景人們還用半導(dǎo)體制成了半導(dǎo)體

8、激光器、半導(dǎo)體太陽電池等，半導(dǎo)體在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)（放錄像：介紹現(xiàn)代電子技術(shù)在教育、國防、科研、生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣）鞏固練習(xí)家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC 元件是由歐酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的 關(guān)系如圖4所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩 重功能，對此以下說法中正確的是（）通電后其功率先增大后減小通電后其功率先減小后增大D.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變解析：根據(jù)PTC元件的電阻率隨溫度變化的曲線，可知在常溫下，它的電阻是相當(dāng)小當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在J至 t2的某一值不變的，通入

9、電流以后，隨著溫度的升高，其電阻率先變小后增大，那么它的功率先變大，后 變小，溫度保持在在t1至t2的某一值不變，這時候電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果溫度再升高， 電阻率變大，導(dǎo)致電流變小，溫度就會降下來；如果溫度降低，電阻率減小，導(dǎo)致電流變 大，溫度就會升上去，所以本題正確答案為：A、C。一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻R隨溫度t變化的關(guān)系如圖5所示 的實線，由于環(huán)境溫度、熨燙衣服的厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因 而熨斗的溫度可能會在較大的范圍內(nèi)波動，易損壞衣服。有一種用主要成份為BaTiO3的稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升 溫快，能自動控制溫度的特點，P

10、TC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實線所示。為什么原處于冷態(tài)的“PTC”熨斗剛通電時，比普通 電熨斗升溫快？通電一段時間后，電熨斗溫度穩(wěn)定在什么范圍內(nèi)？簡析PTC發(fā)熱元件的自動控溫過程。解析:解答此題的關(guān)鍵是要看懂圖中涉及的物理量的含義: 圖線說明合金的電阻基本上不隨溫度的變化而變化；圖線 說明在較低的溫度下，“PTC”材料的電阻基本不變，但在某一 溫度范圍內(nèi)電阻會突變。個R/QfcO t2 t4 t6 t8由圖可知，冷態(tài)的“PTC”材料的電熨斗電阻比一般電熨斗電阻小，所以發(fā)熱功 率P=U2/R較一般電熨斗大，所以在相同的時間內(nèi)“PTC”升溫快。由圖可知，溫度自動穩(wěn)定在t6tt8范圍內(nèi)。(3

11、 )當(dāng)熨斗溫度升高到t6后，“PTC”材料的電阻急劇增大，電功率變小，此時如果散 熱功率大于電功率，熨斗溫度會下降，當(dāng)溫度降低時，電阻R急劇減小，電功率增大，溫 度又升高，因而熨斗的溫度能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。如圖所示，為在溫度為10C左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖。箱內(nèi)的電 t為熱敏電阻，它的電阻隨溫度的變化的圖線如 電壓鑒別器會令開關(guān)K接通，恒溫箱內(nèi)的電熱 電壓鑒別器會K斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的阻 R = 20kQ，R2=10kQ，R3=40kQ，R( 圖7(b)所示，當(dāng)a、b兩端電壓Ub0時解析：在Uab0時，K接通，箱內(nèi)的溫度提高，導(dǎo)致Rt減小。當(dāng)Rt=20kQ時達(dá)到電 橋平衡

12、，此時Uab=0，而Uab=0是K斷開、閉合的分界點，故此溫度可由圖7(b)中讀出， Rt=20k Q時對應(yīng)的溫度t=35c。三、小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了半導(dǎo)體的概念，半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及半導(dǎo)體的應(yīng)用。 希望同學(xué)們在平時多關(guān)注這方面的知識。四、作 業(yè)查看科普讀物或上網(wǎng)查看有關(guān)半導(dǎo)體的應(yīng)用及發(fā)展情況?！景鍟O(shè)計】三 半導(dǎo)體及其應(yīng)用1、半導(dǎo)體半導(dǎo)體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而且電阻不隨溫度的增加而增加，反隨溫度的增加 而減小，這種材料稱為半導(dǎo)體。從電阻率的觀點認(rèn)識導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體的電阻率約為10-810-6Qm絕緣體的電阻率約為1081018Qm半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，約為10-5106Qm2、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的熱敏特性半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度升高而減小，稱為半導(dǎo)體的熱敏特性。半導(dǎo)體的光敏特性半導(dǎo)體材料的電阻隨光照而減小，稱為半導(dǎo)體的光敏特性。半導(dǎo)體的摻雜特性在純凈的半導(dǎo)體材料中摻入微量的雜質(zhì)，會使它的電阻急劇變化，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 大大增強(qiáng)，稱為半導(dǎo)體的摻雜特性。3、半導(dǎo)體的應(yīng)用及發(fā)