第2讲半导体基础知识解读

《半导体》讲义一、什么是半导体在我们生活的这个科技时代，半导体无疑是一项至关重要的技术。

但到底什么是半导体呢？简单来说，半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。

导体大家都比较熟悉，像铜、铝这样电导率很高的材料就是导体，电流在其中能够轻松地流动。

而绝缘体呢，比如橡胶、塑料，它们几乎不导电。

半导体则处于这两者之间，其电导率可以通过一些方式进行调节和控制。

半导体的这种特性使得它能够在电子设备中发挥关键作用。

比如，我们日常使用的手机、电脑，里面的芯片就是由半导体材料制成的。

二、半导体的特性半导体具有一些独特的特性，这使得它们在电子领域具有广泛的应用。

1、热敏特性半导体的电导率会随着温度的变化而发生显著改变。

温度升高时，半导体中的载流子（电子和空穴）数量增加，电导率也随之提高。

利用这一特性，可以制作热敏电阻等温度传感器。

2、光敏特性半导体在受到光照时，其电导率也会发生变化。

这一特性被用于制作光电探测器、太阳能电池等。

3、掺杂特性通过向纯净的半导体中掺入少量的杂质元素，可以显著改变其电导率和电学性质。

这种掺杂过程就像是给半导体“调味”，让它能够满足不同的应用需求。

三、半导体的制造工艺要将半导体材料变成实用的电子器件，需要经过一系列复杂而精细的制造工艺。

1、晶圆制备首先，需要制备出高纯度的半导体晶圆。

通常是从硅矿石中提炼出硅，然后通过一系列的提纯和结晶工艺，制成单晶硅晶圆。

2、光刻这是半导体制造中非常关键的一步。

通过光刻技术，可以在晶圆表面涂上光刻胶，然后用紫外线透过掩膜版照射，使光刻胶发生化学反应，从而在晶圆表面形成所需的图案。

3、刻蚀在光刻形成图案后，使用化学或物理方法对晶圆进行刻蚀，去除不需要的部分，留下所需的半导体结构。

4、掺杂如前所述，通过掺杂来改变半导体的电学性质。

5、薄膜沉积在晶圆表面沉积各种薄膜，如绝缘层、金属层等。

6、封装测试完成制造后，对芯片进行封装，以保护芯片并提供电气连接，然后进行测试，确保其性能符合要求。

课程名称：电工学与电子技术本次课标题：第2讲半导体二极管授课班级上课时间周月日第节上课地点教学目的1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。

教学目标能力（技能）目标知识目标1、理解半导体的单向导电性；2、掌握半导体二极管的伏安特性和主要参数；3、掌握稳压管的特性。

1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。

重点难点及解决方法重点：1、PN结的单向导电性；2、二极管的伏伏安特性；3、稳压管的特性。

难点：PN结的单向导电性。

解决办法：例题讲授与学生练习相结合，采用实物讲演法、图文并茂法、概念推演法、循序渐进法等多种教学方法。

参考资料《电工学》、《电工电子学》、《电工电子技术》教学设计课题第2讲半导体二极管教学目的1、了解半导体二极管的工作原理和主要参数；2、了解稳压管的工作原理和主要参数。

教学重点1、PN结的单向导电性；2、二极管的伏伏安特性；3、稳压管的特性。

教学过程及教学内容教学方法引入一、半导体的基础知识课堂提问：物体根据导电能力的强弱可分几类？自然界中的物质，按其导电性能可分为三大类，即导体、绝缘体和半导体。

导体是指导电能力很强的物质，如金、银、铜、铝等金属材料；绝缘体是指那些导电能力极弱，几乎不导电的物质，如塑料、陶瓷、玻璃等；半导体则是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、砷化镓等常用半导体材料。

—由于绝大多数半导体都是晶体，所以用半导体材料制造的二极管和三极管也常称为晶体二极管和晶体三极管。

启发思考法概念分析（一）半导体的导电特性利用半导体材料可以制成各种半导体器件，但其理由并不在于半导体的导电性能介于导钵和绝缘体之间这一性质，而在于半导体具有以下特殊的性质：1、热敏性：半导体的导电能力随外界温度升高而显著增加。

2、光敏性：半导体的导电能力随光照强度而显著变化。

这些特性称之为半导体的光敏特性和热敏特性，利用光敏特性可以制成光敏元件，利用热敏特性可以制成热敏元件。

半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。

它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。

半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。

1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。

在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。

半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。

2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。

共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。

共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。

离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。

离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。

3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。

半导体的能带结构分为价带和导带两部分。

价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。

导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。

当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。

4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。

掺杂分为n型和p 型两种。

n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。

这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。

p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。

这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。

5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。

二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。

半导体物理知识点半导体是现代电子技术的核心材料，从我们日常使用的手机、电脑到各种高科技设备，都离不开半导体器件的应用。

了解半导体物理的基本知识点对于理解和掌握现代电子技术至关重要。

一、半导体的基本概念半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。

常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。

在纯净的半导体中，导电能力较弱，但通过掺入杂质可以显著改变其导电性能。

半导体中的载流子包括电子和空穴。

电子带负电，空穴带正电。

在半导体中，电子和空穴都能参与导电。

二、晶体结构半导体材料通常具有晶体结构。

以硅为例，其晶体结构是金刚石结构。

在晶体中，原子按照一定的规律排列，形成晶格。

晶格常数是描述晶体结构的重要参数。

对于硅，晶格常数约为 0543 纳米。

三、能带结构在量子力学的框架下，半导体的电子能量状态形成能带。

包括导带和价带。

导带中的电子能够自由移动，从而导电；价带中的电子被束缚，不能自由导电。

导带和价带之间存在禁带宽度，也称为能隙。

能隙的大小决定了半导体的导电性能。

能隙较小的半导体，如锗，在常温下就有一定的导电能力；而能隙较大的半导体，如硅，在常温下导电性能较差。

四、施主杂质和受主杂质为了改变半导体的导电性能，常常掺入杂质。

施主杂质能够提供电子，使半导体成为n 型半导体。

例如，在硅中掺入磷（P）等五价元素，就形成了 n 型半导体。

受主杂质能够接受电子，形成空穴，使半导体成为 p 型半导体。

例如，在硅中掺入硼（B）等三价元素，就形成了 p 型半导体。

五、pn 结pn 结是半导体器件的基本结构之一。

当 p 型半导体和 n 型半导体接触时，会形成一个特殊的区域，即 pn 结。

在 pn 结处，存在内建电场，阻止多数载流子的扩散，但促进少数载流子的漂移。

pn 结具有单向导电性，这是二极管的工作基础。

六、半导体的导电性半导体的电导率与温度、杂质浓度等因素密切相关。

随着温度的升高，本征半导体的电导率会增加，因为更多的电子会从价带跃迁至导带。

半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。

与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。

由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。

1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。

半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。

1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。

在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。

导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。

二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。

通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。

N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。

P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。

2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。

漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。

这两种过程决定了半导体材料的电学性质。

三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。

二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。

3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。

它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。

晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。

3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。

它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。

3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。