第1講半導(dǎo)體與PN結(jié)

1、主講：謝平凡主講：謝平凡 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)用教程數(shù)字電子技術(shù)實(shí)用教程 機(jī)電類機(jī)電類 主主 編：覃愛娜編：覃愛娜 副主編：陳明義副主編：陳明義 陳陳 里里 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 模擬電子技術(shù)實(shí)用教程模擬電子技術(shù)實(shí)用教程 機(jī)電類機(jī)電類 主主 編：羅桂娥編：羅桂娥 副主編：宋學(xué)瑞副主編：宋學(xué)瑞 張靜秋張靜秋 陳革輝陳革輝 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社一、授課教材電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 （第（第1版）版） 主主 編：張靜秋編：張靜秋 副主編：劉子建副主編：劉子建 謝平凡謝平凡 彭衛(wèi)韶彭衛(wèi)韶 中中 南南 大大 學(xué)學(xué) 出出 版版 社社 二、實(shí)驗(yàn)教材模擬電子技術(shù)部

2、分講授模擬電子技術(shù)部分講授3434學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)：半導(dǎo)體器件、基本放大電路、集成放大器、信號(hào)運(yùn)算電路、濾波半導(dǎo)體器件、基本放大電路、集成放大器、信號(hào)運(yùn)算電路、濾波電路、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)比較電路、直流穩(wěn)壓電源電路、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)比較電路、直流穩(wěn)壓電源數(shù)字電子技術(shù)部分講授數(shù)字電子技術(shù)部分講授3030學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)：邏輯代數(shù)、邏輯代數(shù)、MSIMSI組合邏輯電路組合邏輯電路：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、加法器；值比較器、加法器；MSIMSI時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路：寄存器、計(jì)數(shù)器；：寄存器、計(jì)數(shù)器；模數(shù)混合模數(shù)混合ICIC：555555定時(shí)器、數(shù)定時(shí)器、數(shù)/ /模

3、轉(zhuǎn)換器、模模轉(zhuǎn)換器、模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器；數(shù)轉(zhuǎn)換器；LSILSI組合邏輯電路組合邏輯電路：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。8 8次次（1616學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：模擬部分模擬部分4 4次、數(shù)字部分次、數(shù)字部分4 4次次三、教學(xué)主要內(nèi)容1.1.堅(jiān)持按時(shí)到課，維護(hù)良好的教學(xué)氛圍；堅(jiān)持按時(shí)到課，維護(hù)良好的教學(xué)氛圍；2.2.獨(dú)立認(rèn)真完成作業(yè)，緊跟教學(xué)進(jìn)度；獨(dú)立認(rèn)真完成作業(yè)，緊跟教學(xué)進(jìn)度；3.3.獨(dú)立認(rèn)真做好每次實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)；獨(dú)立認(rèn)真做好每次實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)；4.4.達(dá)到如下條件之一者，將被達(dá)到如下條件之一者，將被取消考試資格。取消考試資格。 a a b b c c 四、教學(xué)基本要求模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

4、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第（第5 5版）童詩(shī)白版）童詩(shī)白 主編主編 高教版高教版數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第（第5 5版）閻版）閻 石石 主編主編 高教版高教版電工學(xué)電工學(xué) （下冊(cè)）（下冊(cè)） （第（第7 7版）秦曾煌版）秦曾煌 主編主編 高教版高教版手機(jī)：手機(jī)：138 0846 5271 138 0846 5271 Q Q: Q Q: 10857 73765 10857 73765 彌勒佛彌勒佛郵箱：郵箱：pfxie001 pfxie001 五、主要參考著作六、聯(lián)系方式8七、習(xí)題冊(cè)的購(gòu)買七、習(xí)題冊(cè)的購(gòu)買（必須以班為單位集體購(gòu)買！必須以班為單位集體購(gòu)買?。﹩螁?價(jià)：價(jià)： 5 5元元/ /本本(

5、 (嚴(yán)禁復(fù)印，嚴(yán)禁復(fù)印，否則平時(shí)成績(jī)記否則平時(shí)成績(jī)記0 0分！分！) )購(gòu)買時(shí)間購(gòu)買時(shí)間: : 第第3 3周星期一、三周星期一、三 下午下午2:305:002:305:00 第第4 4周星期一、三周星期一、三 下午下午2:305:002:305:00購(gòu)買地點(diǎn)購(gòu)買地點(diǎn): : 新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓301301 經(jīng)辦人員：經(jīng)辦人員： 謝平凡老師謝平凡老師手手 機(jī)：機(jī)： 138138 08460846 52715271九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙與實(shí)驗(yàn)條形碼的購(gòu)買九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙與實(shí)驗(yàn)條形碼的購(gòu)買（必須以班為單位集體購(gòu)買！必須以班為單位集體購(gòu)買?。﹩螁?價(jià)：價(jià)： 0.30.3元元/ /張（張（嚴(yán)禁復(fù)??！嚴(yán)

6、禁復(fù)印?。ū菊n程每人購(gòu)買）（本課程每人購(gòu)買8 8張張即可）即可）購(gòu)買時(shí)間購(gòu)買時(shí)間: : 上午上午9:0011:009:0011:00、下午、下午3:005:003:005:00購(gòu)買地點(diǎn)購(gòu)買地點(diǎn): : 新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓318318旁旁經(jīng)辦人員：經(jīng)辦人員： 姜姜 錫老師錫老師手手 機(jī)：機(jī)： 138138 73167316 81868186八、實(shí)驗(yàn)教材的購(gòu)買八、實(shí)驗(yàn)教材的購(gòu)買（必須以班為單位必須以班為單位或或2020人以上人以上集體購(gòu)買！集體購(gòu)買?。﹩螁?價(jià)：價(jià)： 2626元元/ /本本購(gòu)買時(shí)間購(gòu)買時(shí)間: : 上午上午8:0011:308:0011:30；下午；下午2:305:00

7、2:305:00購(gòu)買地點(diǎn)購(gòu)買地點(diǎn): : 新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓新校區(qū)綜合實(shí)驗(yàn)樓313313、308308 經(jīng)辦人員：經(jīng)辦人員： 牛英杰、張靜秋老師牛英杰、張靜秋老師手手 機(jī)：機(jī)： 8887 67188887 6718、88876339888763391 1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11 11 單管放大電路的研究單管放大電路的研究（第（第5 5周）周）十、十、實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)（共（共8 8次）次）的進(jìn)程安排的進(jìn)程安排2 2、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)14 14 運(yùn)算電路運(yùn)算電路的的分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì)（第（第7 7周）周）3 3、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)15 15 電壓比較器電壓比較器的的分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì)（第（第9 9周）周）4 4、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)19 19

8、整流、濾波和穩(wěn)壓電路的研究整流、濾波和穩(wěn)壓電路的研究（第（第1111周）周）5 5、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)20 20 門電路功能測(cè)試及應(yīng)用門電路功能測(cè)試及應(yīng)用（第（第1212周）周）6 6、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)23 23 組合組合邏輯邏輯電路電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（第（第1313周）周）十一、實(shí)驗(yàn)預(yù)定的網(wǎng)址：十一、實(shí)驗(yàn)預(yù)定的網(wǎng)址：727 7、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)24 24 觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試及應(yīng)用觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試及應(yīng)用（第（第1414周）周）8 8、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)25 25 常用集成時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用常用集成時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用（第（第1515周）周）10成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)定期終考試期終考試 60%60%平時(shí)平時(shí)

9、成績(jī)成績(jī)40%40%實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 25%25%作業(yè)作業(yè) 15%15%考勤考勤 缺課4次及以上取消考試資格！十二、成績(jī)構(gòu)成十二、成績(jī)構(gòu)成單晶硅單晶硅(Si)的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵價(jià)電子價(jià)電子1.常用的半導(dǎo)體材料常用的半導(dǎo)體材料Jons Jakob Berzelius-瑞典瑞典,1823、C1emens Alexander Winkler-德國(guó)，德國(guó)，1886硅硅 Si(Silicon) 和鍺和鍺 Ge(Germanium) 均為四價(jià)元素，原子最外層有均為四價(jià)元素，原子最外層有4個(gè)價(jià)電子。個(gè)價(jià)電子。2.本征半導(dǎo)體定義：

10、本征半導(dǎo)體定義：高度純凈高度純凈、具有、具有完整晶格完整晶格的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。3.本征半導(dǎo)體的物理性能本征半導(dǎo)體的物理性能 Si Si Si Si Si Si Si Si Si溫度溫度(T)(T)一定時(shí)，一定時(shí)，載流子載流子數(shù)量一定。當(dāng)數(shù)量一定。當(dāng)tt時(shí)，時(shí)，載流子載流子數(shù)量數(shù)量。價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴，形成價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴，形成電子電流和空穴電流。電子電流和空穴電流。在室溫下受熱激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生在室溫下受熱激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)； 在絕對(duì)零度在絕對(duì)零度 (T=0K)時(shí)不導(dǎo)電，時(shí)不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體；相當(dāng)于絕緣體；l 半導(dǎo)體中有兩種載流子：半導(dǎo)體中有兩種載流子

11、：自由電子自由電子和和空穴，空穴，這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。這就是半導(dǎo)體導(dǎo)電的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。自由電子自由電子空穴空穴l 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度影響很大。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度影響很大。 4.4.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：( (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻) )。3)3)摻雜性摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變( (可做成各種半導(dǎo)體器件：如二極管、三極管和晶閘管等）?？勺龀筛鞣N半導(dǎo)體器件：如二極管、三極管和晶閘管等）。2)2)光敏性：光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化當(dāng)受到光照時(shí)

12、，導(dǎo)電能力明顯變化( (可做成各種光敏元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等可做成各種光敏元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等) )。1)1)熱敏性：熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng) Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵5.摻雜摻雜(雜質(zhì)雜質(zhì))半導(dǎo)體半導(dǎo)體1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體:多數(shù)載流子為電子多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。少數(shù)載流子為空穴。在 室 溫 下 就在 室 溫 下 就可 以 激 發(fā) 成可 以 激 發(fā) 成自由電子自由電子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si共價(jià)鍵共價(jià)鍵2) P型半導(dǎo)體

13、型半導(dǎo)體:受主原子受主原子空位吸引鄰空位吸引鄰近原子的價(jià)近原子的價(jià)電子填充。電子填充。多數(shù)載流子為空穴多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。少數(shù)載流子為電子。6.6.小結(jié)：小結(jié)：1)本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成N型半導(dǎo)體。其中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的正離子。2)本征半導(dǎo)體中加入三價(jià)雜質(zhì)元素，便形成P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，此外還有不參加導(dǎo)電的負(fù)離子。3)雜質(zhì)半導(dǎo)體中，雜質(zhì)濃度決定多子的數(shù)量，環(huán)境溫度決定少子的數(shù)量。特別提示：特別提示：N N型、型、P P型摻雜半導(dǎo)體，對(duì)外均呈電中性。型摻雜半導(dǎo)體，對(duì)外均呈電中性。7.PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)多子濃度差異多子濃度差異內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變窄。而漂移使空間電荷區(qū)變窄。擴(kuò)散越強(qiáng)，擴(kuò)散越強(qiáng)， 空間電荷區(qū)越寬?？臻g電荷區(qū)越寬。最后最后擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，便形成