第1讲半导体与PN结

第1讲课程序言、PN结电子技术理论授课64学时主讲：谢平凡答疑地点：新校区综合实验楼3011.0课程序言

《数字电子技术实用教程》

[机电类]

主编：覃爱娜

副主编：陈明义陈里华中科技大学出版社

《模拟电子技术实用教程》

[机电类]主编：罗桂娥

副主编：宋学瑞张静秋陈革辉华中科技大学出版社一、授课教材《电路与电子技术实验教程》

（第1版）

主编：张静秋

副主编：刘子建谢平凡彭卫韶

中南大学出版社

二、实验教材模拟电子技术部分讲授34学时：半导体器件、基本放大电路、集成放大器、信号运算电路、滤波电路、信号发生电路、信号比较电路、直流稳压电源数字电子技术部分讲授30学时：逻辑代数、MSI组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器；MSI时序逻辑电路：寄存器、计数器；模数混合IC：555定时器、数/模转换器、模/数转换器；LSI组合逻辑电路：半导体存储器。8次（16学时）实验：模拟部分4次、数字部分4次三、教学主要内容1.坚持按时到课，维护良好的教学氛围；2.独立认真完成作业，紧跟教学进度；3.独立认真做好每次实验，促进理论学习；4.达到如下条件之一者，将被取消考试资格。

a随机点名4次缺课者

b缺交作业三分之一者

c缺做两次以上实验者

四、教学基本要求《模拟电子技术基础》（第5版）童诗白主编高教版《数字电子技术基础》（第5版）阎石主编高教版《电工学》（下册）（第7版）秦曾煌主编高教版手机Q:1085773765弥勒佛邮箱：pfxie001@五、主要参考著作六、联系方式8七、习题册的购买（必须以班为单位集体购买！）单价：5元/本(严禁复印，否则平时成绩记0分！)购买时间:第3周星期一、三下午2:30—5:00

第4周星期一、三下午2:30—5:00购买地点:新校区综合实验楼301＃经办人员：谢平凡老师手机：138

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5271九、实验报告纸与实验条形码的购买（必须以班为单位集体购买！）单价：0.3元/张（严禁复印！）（本课程每人购买8张即可）购买时间:上午9:00—11:00、下午3:00—5:00购买地点:新校区综合实验楼318＃旁经办人员：姜锡老师手机：138

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8186八、实验教材的购买（必须以班为单位或20人以上集体购买！）单价：26元/本购买时间:上午8:00—11:30；下午2:30—5:00购买地点:新校区综合实验楼313、308＃经办人员：牛英杰、张静秋老师手机：88876718、888763391、实验11单管放大电路的研究（第5周）十、实验（共8次）的进程安排2、实验14运算电路的分析与设计（第7周）3、实验15电压比较器的分析与设计（第9周）4、实验19整流、滤波和稳压电路的研究（第11周）5、实验20门电路功能测试及应用（第12周）6、实验23组合逻辑电路设计（第13周）十一、实验预定的网址：727、实验24触发器逻辑功能测试及应用（第14周）8、实验25常用集成时序逻辑电路的应用（第15周）10成绩评定期终考试60%平时成绩40%实验25%作业15%考勤

缺课4次及以上取消考试资格！十二、成绩构成单晶硅(Si)的原子结构平面示意图SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键价电子1.常用的半导体材料JonsJakobBerzelius-瑞典,1823、C1emensAlexanderWinkler-德国，1886硅Si(Silicon)和锗Ge(Germanium)均为四价元素，原子最外层有4个价电子。2.本征半导体定义：高度纯净、具有完整晶格的半导体称为本征半导体。1.3、半导体的基本知识3.本征半导体的物理性能SiSiSiSiSiSiSiSiSi温度(T)一定时，载流子数量一定。当t↑时，载流子数量↑。价电子依次填补空穴，形成电子电流和空穴电流。在室温下受热激发时，产生电子空穴对；

在绝对零度

(T=0K)时不导电，相当于绝缘体；

半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，这就是半导体导电的重要物质基础。自由电子空穴

半导体的导电性能受温度影响很大。

4.半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。3)掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种半导体器件：如二极管、三极管和晶闸管等）。2)光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。1)热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键5.掺杂(杂质)半导体掺入微量的五价元素：磷P(或锑)1)N型半导体:多数载流子为电子，少数载流子为空穴。在室温下就可以激发成自由电子SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键掺入微量的三价元素：硼B(或铝)2)P型半导体:受主原子空位吸引邻近原子的价电子填充。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。6.小结：1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。其中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。3)杂质半导体中，杂质浓度决定多子的数量，环境温度决定少子的数量。特别提示：N型、P型掺杂半导体，对外均呈电中性。7.PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动多子浓度差异P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变窄。扩散越强，空间电荷区越宽。最后扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，便形成稳定的空间电荷区，即PN结。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区8.PN结的单向导电性

1)PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄

P接正极、N接负极

外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，最后形成较大的扩散电流IF

。PN结外加正向电压时，PN结变窄，有较大的正向扩散电流，PN结呈现低阻性，即PN结外加正向电压导通。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2)PN结加反向电压（反向偏置）外电场

P接负极、N接正极内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN结变宽外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子浓度很低，形成很小的反向电流IR

IR反向