半导体pn结的形成原理

课程 授课时间 授课地点 模拟电子技术基础 10 综B 章节 授课教师 授课班级 PN结及其单向导电性 尹金兴 05机电工程 教学目的 撑握PN结的形成及其单向导电性的原理。 与要求 重点 难点 学会用原子结构理论分析PN结的形成及其单向导电性的原理 PN结的形成及其单向导电性的原理分析。 授课类型 讲授课 教学进程和时间分配表 序号 １ 2 3 4 5 6 教学内容 组织教学 复习旧课引入新课 讲授新知识 （1）、PN结的形成 （2）、PN结的单向导电性 实验验证 知识回顾与提问（巩固所学知识） 布置作业 时间分配 2＂ 3＂ 28＂ 6＂ 5＂ 1＂ 教学方法 讲解、 演示、 提问、 实验观察 课后记要 电子技术课程比较抽象，应加强学生实验，增强直观性，同时也可培养学生的动手操作能力。 备注 本课程为电工、电子专业技术理论课。 教师的活动 教学内容和序列 学生的活动 - 1 -

导入教学 （3分钟） （配以相应的图片加以说明） （启发学生思考） 讲授新课 （36分钟） 教师的活动 复习半导体的基本知识： 通过上次课的讲解，我们知道：按杂质半导体中掺入杂质性质的不同，它可分

PN结的形成 如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素，使一边为P型，另一边为N型，则在两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及可控硅等许多半导体器件的基础。

如图所示，是一块两边掺入不同元素的半导体。由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同，P型区的空穴浓度大，而N型区的电子浓度大，于是在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型区扩散，因失去空穴而带负电；而N型区的电子向P型区扩散，因失去电子而带正电(P型半导体和N型半导体本身不带电，所以在失去载流子的时候产生极性)，这样在P区和N区的交界处形成了一个电场（称为内电场）。

如图所示，PN结内电场的方向由N区指向P区，在内电场的作用下，电子将从P区向N区作漂移运动，空穴则从N区向P区作漂移运动。经过一段时间后，扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状态，在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结，也叫阻挡层，势垒（在外加电压的情况下，是P、N两边通过扩散和漂移积聚电荷，类似于电容，而PN结本身也具有一定的结电容，这个结电容主要就有势垒电容有关）。

PN结的工作原理

如图所示，如果将PN结加正向电压，即P区接正极，N区接负极，由于外加电压的电场方向和

实验1 低温的获得与测量及半导体的低温特性

温度降低，物质的物理性质将发生变化，由此提供了研究物质物性的新方向和新技术，进一步揭开物质世界的奥秘。低温物理已成为物理学科的一个重要分支，低温技术在很多领域获得了重要的应用，如低温超导技术；空间技术中使用低温技术来获得火箭燃料液氢、液氧；用低温技术模拟宇宙空间的真空和低温环境，以便进行太空模拟试验；用低温技术可较长时间保存人体或生物的活组织，为医学、生物等领域的研究开辟了新的途径。

一、实验目的

1．掌握低温获得与测量的原理与方法。

2．了解闭循环低温系统的原理，了解氦致冷机和真空系统的技术背景、测量技术。 3．了解半导体PN结的低温特性，培养学生的低温实验技能和实验数据处理能力。

二、实验仪器

闭循环氦气制冷机系统，数字万用表，电阻温度测量计等

三、实验原理

1、低温产生的原理：

制冷的方法很多，常见的主要是以下四种：液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷及其热电制冷。其中应用最广泛的就是液体汽化制冷（原理），它常见的应用形式又有以下四种：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷。蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷是目前应用最为广泛的两种制冷方式。

蒸汽压缩式制

电子技术

电子技术Electronic Technology 教材： 《电子技术》

授课方法： 讲授、讨论和练习相结合 任课教师： 郝振洋

E-mail: zhenyang_hao@

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0506301 —304班学生成绩统计 电子技术

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0506305 、0706101、301、302班学生成绩统计 电子技术

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电路定律、分析方法

电工

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交流电路分析

技术

电磁学

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电子技术的内容简介模拟电路 处理时域中连续信号的电路

电子技术数字电路 处理时域中不连续信号的电路

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电子技术模拟电路

数字电路

应用电路 运算放大器 基本放大电路

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绪 论电子技术的发展概况 电子技术的内容简介 学习电子技术的目的 学习电子技术的方法

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电子技术的发展概况

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电子技术的发展概况电子技术的定义： 电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计 和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学。 伴随着电子技术的发展而飞速发展起来的电子计 算机所经历的四个阶段充分说明了电子技术发展 的四个

4.27 PN结正向压降与温度关系的研究和应用

常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它们的不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度低、且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是非线性，且一致性较差，这对于仪表的校准和调节均感不便；测温电阻(如铂电阻)有精度高、线性好的优点，但灵敏度低且价格较贵；而PN结温度传感器则有灵敏度高、线性较好、热响应快和体小轻巧易集成化等优点，所以PN结温度传感器的应用日益广泛。但这类温度传感器的工作温度一般为-50℃-150℃，与其它温度传感器相比，测温范围的局限性较大，有待于进一步改进和开发。本实验就是研究PN结正向压降及其与温度的关系的。

4.27.1 实验目的

(1)了解PN结正向压降随温度变化的基本性质。

(2)在恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度及被测PN结材料的禁带宽度。

(3) 学习用PN结测量温度的方法。 4.27.2 实验原理

理想的PN结的正向电流IF和正向压降VF存在如下近似关系式：

IF?Isexp(qVF) (4-127)

能带理论在半导体光生伏特效应中的应用 内 容 能带理论在半导体光生伏特效应中的应用 【本讲课程的内容】 一、基础知识与概念 1、费米能级的定义及其物理意义 1）费米能级的定义：根据量子力学理论，具有半奇数自旋量子数（通常为1/2）的费米子，如电子，遵循泡利不相容原理，即一个量子态只能被一个粒子所占据。因此，费米子在能级中的分布遵循费米-狄拉克分布。 f(E)?1E?EF,kB为玻尔兹曼常数.是指电子(研究对象)占据能带（导带）中某个能级的ek?1BT分布函数f(E)几率（电子的能量越往上越高）。如果是讨论空穴载流子的话（空穴的能量越往下越高），那么就应当是相应于价带中某个能级所空出（即没有被电子占据）的几率。 2）费米能级的物理意义：Fermi能级（EF）实际上起到了衡量能级被电子占据的几率大小的一个标准的作用。在E1/2；在E>EF时，f(E)

能理解

补充：金属塑对于绝缘体和半导体，Fermi能级则处于禁带中间。特别是本征半导体和绝性变形缘体，因为它们的的价带是填满了价电子（占据几率为100%）、导带是完全空着其他形式：孪的（占据几率为0%），则它们的Fermi能级正好位于禁带中央（占据几率为50%）。生即使温度升高时，本征激发

初试科目：半导体物理学

参考书：半导体物理学 顾祖毅 田立林 富力文 电子工业出版社 考试大纲：

第一章 半导体的晶格结构和缺陷 1 半导体的基本特性 2 常见半导体材料

3 主要半导体器件及其可选用的材料 4 常见半导体的结构类型 5 名词解释

化学键 共价键 离子键 分子键 金属键 晶格缺陷 间隙式杂质 代位式杂质 反晶格缺陷 层错 扩散系数 晶粒间界 第二章 半导体中的电子状态

1 在周期性势场中，电子薛定谔方程的解为布洛赫函数，即波函数：

?1(r)?uk(r)eik?r

uk(r)?uk(r?an)

布洛赫函数不是单色平面波。K为波矢，描述电子共有化运动。平面波因子e表明晶体中不再是局域化的，扩展到整个晶体之中，反映了电子的共有化运动。uk(r)反映了周期性势场对电子运动的影响，说明晶体中电子在原胞中不同位置上出现的几率不同。uk(r)的周期性说明晶体中不同原胞的各等价位置上出现的几率相同。

2 电子在周期场中运动的量子力学处理有几种近似的方法？试简述之。

（1）近自由电子近似 （2）紧束缚近似

3 由于共有化运动，晶体中电子可以看成是整个晶体共有的，因此孤立原子的能

发光材料的发展及研究

庞雪

（贵州大学 大数据与信息工程学院）

摘要： 发光材料是光电信息功能材料领域的研究热点之一。本文着重是关于现有的纳米发光材料、小分子有机电致发光材料、树枝状有机电致发光材料、芴类电致发光材料的发展与研究情况。介绍了国内外在研究发光材料方面所取得的一些最新进展,并对一些有待进一步研究的问题做了展望。 关键词： 发光材料

Abstract： The development of luminescent materials is one of the forefronts and hot areas of the optoelectronic information materials. This paper is about the existing

luminescence

surface

modification,

organic

small

molecular

electroluminescent materials, dendrimers electroluminescent materials, fluorene-based electroluminescent materials develop

半导体的发展历程

半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。材料的导电性是由“传导带”（conduction band）中含有的电子数量决定。当电子从“价带”（valence band）获得能量而跳跃至“导电带”时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，通过电子传导或空穴传导的方式传输电流。

基本简介

半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。

无线-潜力大

由于智能型手机消费者需求的增加，无线市场目前是半导体应用中，成长扩大速度最快的一个领域。随着智能型手机需求的增加，而朝向无线基地台的普及及网路基本设备的扩展发展。

Databeans在该报告中指出，通讯应用的各部门均分成无线市场与有线市场两大类。分类为「无线」的产品包含行动电话(功能型手机，智能型手机)、无线基本设备(行动电话基地台等)、短距离无线(802.11、蓝牙，ZigBee，NFC)、及其他无线(无线电芯片等)部门。将无线市场视为

第３２卷第７期２００６年７月 电子工囊师

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＥＮＧＩＮＥＥＲ Ｖ０１．３２Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２００６

ＰＮ结温度传感器原理及应用 赵洪涛

（淮安信息职业技术学院，江苏省淮安市２２３００１）

摘要：介绍了采用ＰＮ结温度传感器进行温度测量的原理，在此基础上给出了ＰＮ结的信号调理电路，分析了各部分电路的特性，给出了由ＳＴＣ８９系列单片机组成的测温电路系统及其程序流程，

并指出了减小测量误差的方法。

关键词：温度传感器；ＰＮ结；信号调理电路；单片机 中图分类号：ＴＰ２１２．１１ ０ 引言

随着测温技术的迅速发展，新的测温传感器不断

出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器、核磁共振温度传感器、ＰＮ结温度传感器等在一些领域获得了广泛的应用。本系统充分利用温

度传感器测量温度快速、使用简便的特点，同时结合单片机的使用对数据进行实时处理，从而做到了对温度的

实时控制。 １

ＰＮ结温度传感器工作原理

二极管、三极管的特性与温度有很大关系，因此， 利用电压对温度的依赖关系制成ＰＮ结温度传感器。 已知ＰＮ结的电流．电压方程为： ．，＝（警＋警）Ｈ券）一?］（１） 设 卜警＋警 则

．，＝Ｊｓ（ｅｘｐ（券）一?） （２） （３）