PN结教案2

1教案课程名称模拟电子技术授课教师张秀芹职称中学一级教师系部机电系教研室自动化教研室授课对象13机电13汽电学年学期2013—2014学年第1学期2013年11月山东大王职业学院教务处2授课题目PN结授课类型新授课首次授课时间2013年11月29日学时2教学目标让学生熟悉PN结的形成过程，掌握PN结的导电特性。重点与难点PN结的形成过程教学手段与方法为了激发同学们对本课程学习的热情，在讲解概述部分采用大量的实用图片、微观图解进行多媒体讲授。教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）【授课思路】首先举出日常生活中检测的实际例子，如：广场上的电子屏幕，现在的led电视等等。引发学生兴趣，然后导入新课，讲解本节主要内容。【讲解要点】半导体的导电特性。【导入新课】从日常生活中的实例出发激发学生学习兴趣。【出示目标】让学生熟悉了解本课程的基本情况，激发学生学习该课程的兴趣【具体内容】一、PN结的形成1.PN结的形成我们通过现代工艺，在N型（P型）半导体的基片上，采用扩散工艺制造一个P型（N型）区，则在P区和N区之间的交界面附近，将形成一个很薄的空间电荷区，称之为PN结。为说明方便起见，将PN结附近的区域扩展为如6-4所示的示意图：在形成的PN结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动：电子从N区向P区扩散；空穴从P区向N区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在N区留下了带正电的空穴，在P区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场(自建场)。它们的形成过程如图6-5（a），（b）所示。学生活动明确目标电视机机顶盒的作用？举例导体，绝缘体和半导体图6-4对称的PN结＋4自由电子＋4＋4＋4＋5＋4＋4＋4＋4施主原子3内电场是由多子的扩散运动引起的。伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子进行扩散；而在P区和N区的少子一旦靠近PN结，就将在内电场的作用下漂移到对方。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，使P区的空间电荷区缩小；从P区漂移到N区的电子补充了交界面上N区失去的电子，使N区的空间电荷区缩小。因此漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，作用与扩散运动相反。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，PN结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，我们又把它称为阻挡层或耗尽层。2.PN结的单向导电性我们在PN结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导电性。（1）PN结外加正向电压PN结外加正向电压的接法是P区接电源的正极，N区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流（方向是从P区指向N区）。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，这时PN结呈现的电阻很低。正向电流包括空穴电流和电子电流两部分。空穴和电子虽然带有不同极性的电荷，但由于它们的运动方向相反，所以电流方向一致。外电源不断地向半导体提供电荷，使电流得以维持，如图6-6（a）所示。通过日常生活中的实例，激发学生兴趣，然后提出学习目的、要求引导学生复习化学上的微观结构和共价键的有关知识可以提问学生相关知识P区(a)N区(b)PN耗尽层空间电荷区扩散运动方向自建场＋＋＋－－－结变窄PN自建场方向外电场方向正向电流（很大）＋－＋＋＋－－－结变宽PN自建场方向外电场方向反向电流（很小）＋－－－－＋＋＋(a)(b)图-6PN结的单向导电性（a）正向连接;（b）反向连接4（2）PN结外加反向电压它的接法与正向相反，如图6-6（b）所示。即P区接电源的负极，N区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，此时，PN结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。由以上我们可以看出：PN结在正向电压作用下，电阻很低，正向电流较大（处于导通状态）；在反向电压的作用下，电阻很高，反向电流很小（处于截止状态），因此PN结具有单向导电性。在PN结的外面装上管壳，再引出两个电极，就做成了一个二极管。二极管的类型很多，从制造材料上分，硅二极管和锗二极管；按管子的结构来分有：点接触型二极管和面接触型二极管。点接触型二极管（一般为锗管）如图6-7（a）所示，它的特点是PN结的面积非常小，因此不能承受较大反向电压和大的电流，但是高频性能好，故适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。面接触型二极管（一般为硅管）如图所示6-7（b）。它的PN结结面积大，故可通过较大的电流，但工作频率较低，一般用作整流，而不宜用于高频电路中。如图6-7（c）所示是硅工艺平面型二极管的结构图，是集成电路中常见的一种形式。二极管的表示符号如图6-7（d）所示。提问：本征半导体的导电能力如何，什么因素会对他有影响？载流子分为哪几种？对比两种杂质半导体的相同和不同之处。思考题、讨论题、作业重点理解PN结的形成的基本概念。了解模拟电子技术的主要内容和学习方法。教学后记本节课是学习通过日常生活中的实例，激发学生兴趣，然后提出学习目的、要求金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)