4学时基本要求：了解半导体的基本知识，理解半导体器件的核心环节PN结，掌握半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管等基本电路及其分析方法和应用。重点：半导体器件的核心环节PN结，半导体二极管的工作原理、二极管等基本电路及其分析方法和应用。难点：二极管等基本电路及其分析方法和应用。教学过程3.1半导体的基本知识导体：电阻率小于10－4Ωcm的物质称为导体，载流子为自由电子。绝缘体：电阻率大于109Ωcm的物质称为绝缘体，基本无自由电子。半导体：电阻率介于导体、绝缘体之间的物质称为半导体，主要有硅、锗等（4价元素）材料。其电阻率在各种因素（掺杂、光照、电场、磁场）作用下变化巨大，电阻率且随温度增加而减小（负温度系数）。半导体材料半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：1.热敏性所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。例如纯净的锗从20℃升高到30℃时，它的电阻率几乎减小为原来的1/2。2.光敏性半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。一种硫化镉薄膜，在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。而金属导体在阳光下或在暗处，其电阻率一般没有什么变化。3.杂敏性所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一。所以，利用这一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半导体器件，而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率也几乎没有什么影响。半导体之所以具有上述特性，根本原因在于其特殊的原子结构和导电机理。半导体的共价键结构现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。在实际应用中，必须将半导体提炼成单晶体——使它的原子排列由杂乱无章的状态变成有一定规律、整齐地排列的晶体结构，如图所示，称为单晶。硅和锗等半导体都是晶体，所以半导体管又称晶体管。通常把纯净的不含任何杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体、空穴及其导电作用纯净的不含其它杂质的半导体称为本征半导体。（结构完整）T=0°K时，它同绝缘体，无自由电子。温度升高，热运动使本征半导体的价电子脱离共价键成为自由电子，且在共价键处留下“空穴”。电子带负电，空穴带正电，是两种载流子。产生电子—空穴对的过程称为激发，电子—空穴对成对消失的过程称为复合。本征半导体电子浓度ni和空穴浓度np相等，且随温度增高而增大。一定温度下ni和np达到动态平衡。空穴的导电作用空穴的导电作用实际上是束缚电子的移动形成的。空穴的运动是人们根据共价键中出现空位的移动虚拟出来的。分析时，用空穴运动来代替共价键中电子的运动比较方便。空穴和自由电子总是成对产生的，都叫做载流子。杂质半导体由于半导体具有杂敏性，因此利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。根据掺入杂质的不同，又可分为N型（电子型）半导体和P型（空穴型）半导体。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。1、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。在加入的受主杂质产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，但是原来本征晶体由于本征激发仍产生少量的电子-空穴对。P型半导体中空穴是多子，电子是少子。若用NA表示受主原子的浓度，n表示少子电子的浓度，p表示总空穴的浓度，则有下列关系:2、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。提问：N型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。若用ND表示施主原子的浓度，p表示少子空穴的浓度，n表示总自由电子的浓度，则有下列关系:杂质半导体