汽車(chē)電工電子基礎(chǔ)項(xiàng)目九半導(dǎo)體器件任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)引入半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可受控制，范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。今日大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。完成半導(dǎo)體連接電路如圖9-1-3所示，當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，燈泡亮；當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，燈泡滅。按圖連接電路，實(shí)現(xiàn)控制功能，指出圖中半導(dǎo)體元件工作特點(diǎn)。

任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

圖9-1-3半導(dǎo)體連接電路知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)能說(shuō)出半導(dǎo)體的特性會(huì)按圖連接簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體電路規(guī)范操作，樹(shù)立職業(yè)意識(shí)會(huì)敘述P型半導(dǎo)體及N型半導(dǎo)體的特征能說(shuō)出圖中半導(dǎo)體元件工作的特點(diǎn)并總結(jié)動(dòng)手動(dòng)腦，學(xué)習(xí)習(xí)慣更好任務(wù)目標(biāo)任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

知識(shí)鏈接一、半導(dǎo)體基本知識(shí)

物質(zhì)按導(dǎo)電能力的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類(lèi)。金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率一般在105s/cm量級(jí)；塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通常是10-22～10-14s/cm量級(jí)；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率則在10-9～102s/cm量級(jí)。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

（1）半導(dǎo)體及其特性

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體，如硅、硒、鍺以及大多數(shù)金屬氧化化物和硫化物都是半導(dǎo)體。純凈半導(dǎo)體導(dǎo)電能力差，絕緣性能也不強(qiáng)，既不宜用作導(dǎo)電材料，也不宜用作絕緣材料。知識(shí)鏈接一、半導(dǎo)體基本知識(shí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

溫度、光照、摻雜等外界條件能引起半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的顯著變化；既半導(dǎo)體具有熱敏、光敏、摻雜等特性。1.光敏性指半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)；2.熱敏性指受溫度的影響，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化很大；3.摻雜特性：在純凈的半導(dǎo)體中摻進(jìn)微量的某種雜質(zhì)，對(duì)其導(dǎo)電性能影響極大。例如，在純硅中摻人百分之一的硼，可使其導(dǎo)電能力增加幾十萬(wàn)倍以上。

知識(shí)鏈接一、半導(dǎo)體基本知識(shí)——導(dǎo)電機(jī)理

自由電子載流子運(yùn)動(dòng)可以形容為沒(méi)有座位的人的移動(dòng)；空穴載流子運(yùn)動(dòng)則可形容為有座位的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體內(nèi)部的這兩種運(yùn)動(dòng)總是共存的，且在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)上的區(qū)別：金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電；而半導(dǎo)體中則是本征激發(fā)下的自由電子和復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電。兩種載流子電量相等、符號(hào)相反，即自由電子載流子和空穴載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

圖9-1-1半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理知識(shí)鏈接一、半導(dǎo)體基本知識(shí)——分類(lèi)

①N型半導(dǎo)體。在單晶硅(或鍺)中摻人微量的五價(jià)元素(例如磷)，就會(huì)在這種半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的自由電子，使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，如圖9-1-2b所示。這種半導(dǎo)體中自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，所以它主要靠自由電子導(dǎo)電，故稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

圖9-1-2P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體知識(shí)鏈接一、半導(dǎo)體基本知識(shí)——摻雜特性分類(lèi)

②P型半導(dǎo)體。在單晶硅(或鍺)中摻人微量的三價(jià)元素(例如硼)，就會(huì)在這種半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的空穴，使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，如圖9-1-2c所示。這種半導(dǎo)體中空穴數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，所以它主要靠空穴導(dǎo)電，故稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。應(yīng)該指出，無(wú)論是N型導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，它們本身仍然是電中性的。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

圖9-1-2P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體知識(shí)鏈接二、PN結(jié)結(jié)構(gòu)

一塊P型或N型半導(dǎo)體，雖具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力，但將它接人電路中，只起電阻作用，不能成為半導(dǎo)體元件。如果在一整塊半導(dǎo)體中采取一定的措施，使其一邊形成P型半導(dǎo)體，一邊形成N型半導(dǎo)體，這時(shí)就會(huì)在他們的交界面處產(chǎn)生一種特殊的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)是制造各種半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)，因此掌握PN結(jié)的特性十分重要。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

知識(shí)鏈接二、PN結(jié)結(jié)構(gòu)

一塊P型或N型半導(dǎo)體，雖具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力，但將它接人電路中，只起電阻作用，不能成為半導(dǎo)體元件。如果在一整塊半導(dǎo)體中采取一定的措施，使其一邊形成P型半導(dǎo)體，一邊形成N型半導(dǎo)體，這時(shí)就會(huì)在他們的交界面處產(chǎn)生一種特殊的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)是制造各種半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)，因此掌握PN結(jié)的特性十分重要。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

知識(shí)鏈接三、半導(dǎo)體分類(lèi)

半導(dǎo)體可分為本征半導(dǎo)體與雜志半導(dǎo)體。

本征半導(dǎo)體：完全不含雜質(zhì)且無(wú)晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體。

雜質(zhì)半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化，例如摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)實(shí)施一、準(zhǔn)備工作按表準(zhǔn)備工具、設(shè)備、元器件及導(dǎo)線，檢查設(shè)備外觀是否完好，如表。序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)與規(guī)格單位數(shù)量1蓄電池12VDC塊12半導(dǎo)體VD（12V2.5A）只13燈12V/10W只14導(dǎo)線BVR1.0mm2根若干任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)實(shí)施二、連接電路依照?qǐng)D9-1-3連接電路，要求能實(shí)現(xiàn)：PN結(jié)正向接入電路，燈亮；反向接入電路，燈滅。將操作結(jié)果填入表9-1-2。圖9-1-3半導(dǎo)體連接電路任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)實(shí)施二、連接電路表9-1-2半導(dǎo)體電路操作結(jié)果表步驟電路名稱(chēng)燈電路中的電流亮不亮有無(wú)1PN結(jié)加正向電壓

2PN結(jié)加反向電壓

任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)實(shí)施

當(dāng)把P區(qū)接電源正極，把N區(qū)接電源負(fù)極，如圖9-1-3a所示，即稱(chēng)PN結(jié)加正向電壓(又稱(chēng)正向偏置或正偏)，此時(shí)燈亮。說(shuō)明PN結(jié)呈現(xiàn)較小的正向電阻，電路中存在較大電流，電流能通過(guò)PN結(jié)。稱(chēng)此時(shí)PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。當(dāng)PN結(jié)加反向電壓(又稱(chēng)反向偏置或反偏)，即P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)接電源正極，如圖9-1-2b所示，此時(shí)燈不亮。說(shuō)明PN結(jié)呈現(xiàn)很大的反向電阻，電路中基本無(wú)電流，電流不能通過(guò)PN結(jié)。稱(chēng)此時(shí)PN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)實(shí)施三、清理現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操結(jié)束，斷開(kāi)電源，拆除導(dǎo)線，按6s要求，清理現(xiàn)場(chǎng)，收拾工具、設(shè)備，整理操作臺(tái)，清掃場(chǎng)地，完成任務(wù)評(píng)價(jià)表。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)評(píng)價(jià)依照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。任務(wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

小結(jié)歸納一、半導(dǎo)體的概念1.導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體。2.P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體①N型半導(dǎo)體。在單晶硅(或鍺)中摻人微量的五價(jià)元素(例如磷)，半導(dǎo)體中自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，主要靠自由電子導(dǎo)電，故稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。②P型半導(dǎo)體。在單晶硅(或鍺)中摻人微量的三價(jià)元素(例如硼)，就會(huì)在這種半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的空穴，使其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，半導(dǎo)體中空穴數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，所以它主要靠空穴導(dǎo)電，故稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。無(wú)論是N型導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，它們本身仍然是電中性的。二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦匀绻谝徽麎K半導(dǎo)體中采取一定的措施，使其一邊形成P型半導(dǎo)體，一邊形成N型半導(dǎo)體，這時(shí)就會(huì)在他們的交界面處產(chǎn)生一種特殊的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)?，反向截止。任?wù)1認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體

任務(wù)拓展

半導(dǎo)體電阻率一般約為10-5-106Ω·m，電阻不隨溫度的升高而增大，反隨溫度的增加而降低；而超導(dǎo)指大多數(shù)金屬在溫度降到某一數(shù)值時(shí)，出現(xiàn)電阻降為零的現(xiàn)象。我國(guó)在超導(dǎo)材料基礎(chǔ)研究方面處于國(guó)際先進(jìn)水平，創(chuàng)造了低溫超導(dǎo)材料臨界電流密度的世界紀(jì)錄、率先發(fā)現(xiàn)了YBCO高溫超導(dǎo)材料、新型鐵基超導(dǎo)材料