半導體與PN結教案

1、2、模型分析法應用舉例例題1：如果圖示電路(a)中設二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說明二極管處于何種狀態(tài)？解：假設先將A、B斷開，則VA = -10V, VB = -5V，VAB= VA-VB= -5V，可見重新接入后二極管將處于反向截止狀態(tài)：電路中電流為0（反向電阻無窮大），電阻R上的壓降為0，Vo = -5V成立。例題2：如果圖2.13所示電路(b)中設二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說明二極管處于何種狀態(tài)？解：將D1、D2斷開，VB1A9V，VB2A= -12-(-9)=-3V 將D1、D2接入后，D1導通，D2截止，VA被D1箝位在0.7V上。Vo= VA= -0

2、.7V成立。2、穩(wěn)壓二極管的應用穩(wěn)壓管常用在整流濾波電路之后，用于穩(wěn)定直流輸出電壓的小功率電源設備中。如圖由R、Dz組成的就是穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓管在電路中穩(wěn)定電壓的原理如下：只要R參數(shù)選得適當，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不變?？梢?，在這種穩(wěn)壓電路中， 起自動調(diào)節(jié)作用的主要是穩(wěn)壓二極管Dz，當輸出電壓有較小的變化時， 將引起穩(wěn)壓二極管電流Iz的較大變化，通過限流電阻R的補償作用，保持輸出電壓Vo基本不變。 半導體與PN結教案 課程電子電路基礎章節(jié)第一章 半導體二極管和三極管12 PN結及其單向?qū)щ娦哉n時1任課教師審批授課時間授課班級05機電工程教學目的與要求撐握PN結的形成及其

3、單向?qū)щ娦缘脑?。重點學會用原子結構理論分析PN結的形成及其單向?qū)щ娦缘脑?，通過學習還要求學生弄清擴散、漂移、空間電荷區(qū)等有關概念。難點PN結的形成及其單向?qū)щ娦缘脑矸治?。授課類型講授課教材及參考書全國技工學校電子類通用教材（第二版）中國勞動出版社教具多媒體課件（自制）作業(yè)習題冊 第一章 第12節(jié)教學進程和時間分配表序號教學內(nèi)容時間分配教學方法23456組織教學復習舊課引入新課講授新知識（1）、PN結的形成（2）、PN結的單向?qū)щ娦詫嶒烌炞C知識回顧與提問（鞏固所學知識）布置作業(yè)2328651講解、演示、提問、實驗觀察課后記要電子技術課程比較抽象，應加強學生實驗，增強直觀性，同時也可培養(yǎng)學生

4、的動手操作能力。備注本課程為電工、電子專業(yè)技術理論課。教師的活動教學內(nèi)容和序列學生的活動導入教學（3分鐘）（配以相應的圖片加以說明）（啟發(fā)學生思考）講授新課（36分鐘）復習半導體的基本知識：通過上次課的講解，我們知道：按雜質(zhì)半導體中摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，它可分為電子型（N型）半導體和空穴型（P型）半導體兩大類。（1）、N型半導體（電子型半導體）：在硅（或鍺）本征半導體中摻入微量的五價元素，如磷（或銻）等，它就成為N型半導體，其自由電子為多數(shù)載流子（簡稱多子），而空穴稱為少數(shù)載流子（簡稱少子），它的導電性主要取決于電子數(shù)。其晶體結構如下圖所示：+4+4磷+5+4硅硅硅硅硅多余電子N型硅半導體中的共

5、價鍵結構+4+4硼+3+4硅硅硅硅硅空穴P型硅半導體中的共價鍵結構（2）、P型半導體（空穴型半導體）：在硅（或鍺）本征半導體中摻入微量的三價元素，如硼（或銦）等，它就成為P型半導體，其空穴是多子，而電子是少子，它的導電性主要取決于空穴數(shù)。其晶體結構如下圖所示：提出問題：雜質(zhì)半導體中的載流子的數(shù)量比本征半導體中的載流子的數(shù)量要多得多，導電性也要好得的多，但它的導電性仍不及導體，那么能有什么用途呢？12 PN結及其單向?qū)щ娦?、PN結的形成 （1）、什么是PN結呢？（采用特殊的制作工藝，將P型半導體和N型半導體緊密地結合在一起，在兩種半導體的交界處就會產(chǎn)生一個特殊的接觸面，稱之為PN結。它是構成半

6、導體器件的基礎，也是半導體獲得廣泛應用的原因。）復習舊知識為下面的學習作好準備產(chǎn)生疑問：半導體材料到底有什么用途 呢？教師的活動教學內(nèi)容和序列學生的活動（明確PN結的概念后，緊接著提出問題）（原理分析，配合多媒體演示講解。）（通過上述分析與演示得出結論）（2）、那么PN結是怎樣形成的呢？擴散運動：指電子和空穴從濃度高的地方向濃度低的地方運動。復合：電子與空穴結合后同時消失的過程?？臻g電荷區(qū)：由于擴散運動使電子與空穴復合以后，在P區(qū)與N區(qū)的交界面處留下不能移動帶正電和帶負電的離子的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)，這就是PN結，在空間電荷區(qū)中不再存在載流子，因此PN結又叫耗盡層。內(nèi)電場內(nèi)：空間電荷區(qū)中在正、

7、負離子的作用下形成的電場，其方向由N區(qū)指向P區(qū)。內(nèi)電場對多子的擴散起著阻擋作用，所以又稱PN結為阻擋層。電子空穴對（本征激發(fā)）電子空穴對P型N型空穴擴散方向電子擴散方向載流子的擴散運動漂移運動：半導體中的少數(shù)載流子在電場力的作用下的運動。電子空穴對（本征激發(fā)）電子空穴對P型區(qū)N型區(qū)耗盡層空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)PN結的形成結論：剛開始時，擴散運動強于漂移運動，使空間電荷區(qū)不斷加寬，內(nèi)電場也隨之增強，這又使漂移運動增強，空間電荷區(qū)變窄，最后當兩種運動達到動態(tài)平衡時，內(nèi)電場不再變化，空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定了（阻擋層的厚度保持不變），便形成了PN結。2、PN結的單向?qū)щ娦?（1）、外加正向電壓時，PN結導通

8、產(chǎn)生疑問觀看演示理解PN結的形成原理積極回答老師的提問教師的活動教學內(nèi)容和序列學生的活動（配合多媒體演示講解。）（為說明上述理論分析的正確性，用實驗進行驗證）在PN結上加正向電壓UF：外電源的正極與PN結的P區(qū)相連，負極與PN結的N區(qū)相連。UF又稱正向偏置電壓。原理分析：1）、外電場外的方向與內(nèi)電場內(nèi)的方向相反，削弱了內(nèi)電場的作用，促使擴散運動增強，P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（電子）都向PN結移動。2）、空間電荷區(qū)中一部分正負離子被擴散進來的電子和空穴中和，空間電荷量減少，結果使阻擋層變薄。3）、在正向偏置電壓UF的作用下，多子源源不斷地通過PN結，而外接電源又對P區(qū)和N區(qū)不斷地補充多子，

9、形成了通過PN結的正向?qū)娏?，用IF表示。此時PN結呈低阻狀態(tài)，正向?qū)娮鑂F較小。限流電阻REIFP區(qū)N區(qū)UF內(nèi)外空間電荷區(qū)變窄PN結加正向電壓而導通4）、P區(qū)和N區(qū)的體電阻較小，UF幾乎全降在PN結上，而PN結又呈低阻，所以UF的微小變化就會引起IF的較大的變化。實驗驗證：外加正向電壓時，PN結導通（2）、外加反向電壓時，PN結截止在PN結上加反向電壓UR：外電源的正極與PN結的N區(qū)相連，負極與PN結的P區(qū)相連。UR又稱反向偏置電壓。原理分析：1）、外電場外的方向與內(nèi)電場內(nèi)的方向同向， P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（電子）進一步離開PN結，使阻擋層加寬，此時PN結呈高阻狀態(tài)，擴散運動

10、產(chǎn)生的電流趨于零。2）、反向電壓雖然使多子不能通過PN結，它卻使少子更容易通過PN結形成漂移電流（又稱反向電流）IR，由于少子的數(shù)量非常少，所以IR很小，與UR的大小無關，故IR又稱反向飽和電流。積極回答老師的提問觀看演示并思考 觀察實驗教師的活動教學內(nèi)容和序列學生的活動（結合多媒體演示）（為說明上述理論分析的正確性，用實驗進行驗證）知識回顧（2分鐘）提問（點學生起來回答提問）（3分鐘）布置作業(yè)（1分鐘）限流電阻REIRP區(qū)N區(qū)UR內(nèi)外空間電荷區(qū)變寬PN結加反向電壓而截止實驗驗證：外加反向電壓時，PN結截止小結：PN結加正向偏置電壓就導通，加反向偏置電壓就截止，這就是PN結的單向?qū)щ娦?。本次課

11、主要講解了以下內(nèi)容： （1）、什么是PN結呢？（采用特殊的制作工藝，將P型半導體和N型半導體緊密地結合在一起，在兩種半導體的交界處就會產(chǎn)生一個特殊的接觸面，稱之為PN結。（2）、PN結的形成原理：剛開始時，擴散運動強于漂移運動，使空間電荷區(qū)不斷加寬，內(nèi)電場也隨之增強，這又使漂移運動增強，空間電荷區(qū)變窄，最后當兩種運動達到動態(tài)平衡時，內(nèi)電場不再變化，空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定了（阻擋層的厚度保持不變），便形成了PN結。（3）、PN結的單向?qū)щ娦裕篜N結加正向偏置電壓就導通，加反向偏置電壓就截止，這就是PN結的單向?qū)щ娦浴?、什么叫擴散運動？什么叫漂移運動？2、PN結為什么具有單向?qū)щ娦?？習題冊 第一章 第12節(jié)觀看演示并思考觀察實驗記住這一結論加深印象大膽舉手板書設計課 題：12 PN結及其單向?qū)щ娦灾?點：理解掌握PN結的形成及其單向?qū)щ娦缘脑?。雜質(zhì)半導體N型半導體（電子型半導體）：自由電子為多子，空穴為少子。P型半導體（空穴型半導體）：空穴為多子，自由電子為少子。12 PN結及其單向?qū)щ娦?、PN結的形成（1）、什么是PN結呢？采用特殊的制作工藝，將P型半導體和N型半導體緊密地結合在一起，在兩種半導體的交界處就會產(chǎn)生一個特殊的接觸面，稱之為PN結。（2）、那么PN結是怎樣形成的呢？擴散運動：指電子和空穴從濃度高的地方向濃度低的地方運