CMOS图像传感器工作原理和应用 姓名： 学院： 班级： 组号： 日期：2014年12月9日
摘要 随着集成电路制造工艺技术的发展和集成电路设计水平的不断提高，基于CMOS集成电路工艺技术制造的CMOS图像传感器由于其集成度高、功耗低、体积小、工艺简单、成本低且开发周期较短等优势，目前在诸多领域得到了广泛的应用，特别是数码产品如数码相机、照相手机的图像传感器应用方面，市场前景广泛，因此对CMOS图像传感器的研究与开发有着非常高的市场价值。 本文首先介绍了CMOS图像传感器的发展历程和工作原理及应用现状。随后叙述了CMOS图像传感器的像元、结构及工作原理，着重说明了成像原理和图像信号的读取和处理过程，以及在数字摄像机，数码相机，彩信手机中的应用方式。 一、CMOS图像传感器的发展历史 上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念： 互补金属氧化物半导体图像传感器CMOS —Complementary Metal Oxide Semiconductor 电荷耦合器件图像传感器（CCD） CMOS与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步，固体图像传感器得到了迅速发展。 CMOS图像传感器： 由于受当时工艺水平的限制，图像质量差、分辨率低、噪声降不下来，因而没有得到重视和发展。 CCD图像传感器： 光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。 由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 1970年,CMOS图像传感器在NASA的喷气推进实验室JPL制造成功， 80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件， 1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS 有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功。 1997年英国爱丁堡VLSI Version公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化。 2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS，
5.6 最小电导率 a. 考虑半导体的电导率e h en ep σμμ=+。掺杂总是能提高电导率吗？ b. 请说明：当Si 的p 型掺杂而使空穴浓度为下式所表示的值时，可以得到最小的电导率。 m p n = 与该式对应的最小电导率（最大电阻率）为 min 2en σ= c. 对Si 计算m p 和min σ，并与本征值进行比较。 解析： a. 半导体的电导率e h en ep σμμ=+，其中，n 和p 满足质量作用定律 2exp()g i c v E np n N N kT ==- ，在一定的温度下，np 为常数。 当掺杂增大电子浓度n 时，空穴浓度p 则会减小，反之亦然。在掺杂浓度一定时，由于e h μμ>，如果对半导体进行n 型掺杂，则n>p ，显然随着掺杂浓度的 p 型掺杂，则n
，因此，当Si 的p 后增大。对2i e h n e ep p σμμ=+求导得2' 2i e h n e e p σμμ=-+，令'0σ=得p n =
相应地2en σ=m p n =时，电导率最小，为 min 2en σ=。 c. 室温下，对于Si ，103i 1.010n cm -=?，2111350e cm V s μ--=??， 211450h cm V s μ--=??，带入m p n =和min 2en σ=得 1031031.710 1.010m i p cm n cm --=?>=? 611611min i 2.510 2.910cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω? 若取103i 1.510n cm -=?，则有 1031032.610 1.510m i p cm n cm --=?>=? 611611min i 3.710 4.310cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω? 5.13 砷化镓 Ga 具有的化合价是3，而As 具有的化合价是5。当Ga 和As 原子一起形成GsAs 单晶体时，如图5.54所示，一个Ga 的3个价电子与一个As 的5个价电子均共享，结果形成4个共价键。在具有大约23310cm -Ga 原子和As 原子（数量几乎相等）的GsAs 晶体中，无论是Ga 还是As ，每个原子平均具有4个价电子。因此我们可以认为：其价键的结合与Si 晶体中的相似，每个原子4个键。然而，它的晶体结构却不是金刚石结构，而是闪锌矿结构。 a. 对于每对Ga 和As 原子，以及在GaAs 晶体中，每个原子的平均价电子数是多少？ b. 如果在GaAs 晶体中以Ⅵ族元素硒（Se ）或碲（Te ）代替As 原子，情况如何？ c. 如果在GaAs 晶体中以Ⅱ族元素锌（Zn ）或镉（Cd ）代替Ga 原子，情况如何？ d. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替As 原子，情况如何？ e. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替Ga 原子，情况如何？两性掺杂表示什么？ f. 基于以上对GaAs 的讨论，你认为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体AlAs ，GaP ，InAs,InP 和InSb 的晶体结构是什么？
清华大学数字电路题库 一、填空题 : （每空1分，共10分） 1． (30.25) 10 = ( ) 2 = ( ) 16 。 2 . 逻辑函数L = + A+ B+ C +D = 。 3 . 三态门输出的三种状态分别为：、和。 4 . 主从型JK触发器的特性方程= 。 5 . 用4个触发器可以存储位二进制数。 6 . 存储容量为4K×8位的RAM存储器，其地址线为条、数据线为条。 二、选择题： (选择一个正确的答案填入括号内，每题3分，共30分 ) 1.设下图中所有触发器的初始状态皆为0，找出图中触发器在时钟信号作用下,输出电压波形恒为0的是：（）图。 2.下列几种TTL电路中，输出端可实现线与功能的电路是（）。 A、或非门 B、与非门 C、异或门 D、OC门 3.对CMOS与非门电路，其多余输入端正确的处理方法是（）。 A、通过大电阻接地（>1.5KΩ） B、悬空 C、通过小电阻接地（<1KΩ）
B、 D、通过电阻接V CC 4.图2所示电路为由555定时器构成的（）。 A、施密特触发器 B、多谐振荡器 C、单稳态触发器 D、T触发器 5.请判断以下哪个电路不是时序逻辑电路（）。 A、计数器 B、寄存器 C、译码器 D、触发器 6．下列几种A/D转换器中，转换速度最快的是（）。 A、并行A/D转换器 B、计数型A/D转换器 C、逐次渐进型A/D转换器 B、 D、双积分A/D转换器 7．某电路的输入波形 u I 和输出波形 u O 如下图所示，则该电路为（）。 A、施密特触发器 B、反相器 C、单稳态触发器 D、JK触发器 8．要将方波脉冲的周期扩展10倍，可采用（）。 A、10级施密特触发器 B、10位二进制计数器 C、十进制计数器 B、D、10位D/A转换器 9、已知逻辑函数与其相等的函数为（）。 A、 B、 C、 D、 10、一个数据选择器的地址输入端有3个时，最多可以有（）个数据信号输出。 A、4 B、6 C、8 D、16 三、逻辑函数化简（每题5分，共10分） 1、用代数法化简为最简与或式 Y= A +
1、电子元器件行业现状 我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。 伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。 我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势 技术发展趋势 新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。 市场需求分析 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 我国“十一五”发展重点 我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。 注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况 在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况
目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。 阿里巴巴部分电子元器件行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技 开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享 公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年 佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。
清华大学电路原理第三次仿真实验报
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[文档标题] 班级:电13 姓名:苗键强 学号:2011010645 日期:2013年1月11日
实验名称: 一、利用运算放大器的正反馈设计占空比可调的脉冲序列发生器； 二、利用运算放大器构成的脉冲序列发生器和积分器构成三角波发生器。 实验任务: 一、设计占空比可调的脉冲序列发生器 要求： （1）给出电路原理图，分析占空比可调的原因。 （2）给出仿真电路图。 （3）给出示波器 Expand 方式下整个示波器界面，分别给出占空比为 20％和70％时的脉冲序列波形和对应的电容电压波形。 二、利用运算放大器构成的脉冲序列发生器和积分器构成三角波发生器 要求： （1）给出电路原理图，分析三角波产生的原因。 （2）给出仿真电路图。 （3）给出示波器 Expand 方式下整个示波器界面，要求同时显示脉冲序列和三角波的波形。 理论分析及仿真电路: 一、设计占空比可调的脉冲序列发生器 通过Multisim仿真，设计电路图如下： 在此电路图中，通过计算可知，脉冲序列周期为：
T=2 U 滞 U 输出 CR5up+2 U 滞 U 输出 CR5down=2 U 滞 U 输出 CR5（1） 因而，占空比为： η=R5up R5 （2） 得到示波器示数如下: 当R5up R5 =0.2时，得到示波器示数如下： 其占空比为 η=46.154 223.932 =20.6％ 当R5up R5 =0.7时，得到示波器示数如下：
清华大学电路原理电子课件 江辑光版 参考教材： 《电路原理》（第2版）清华大学出版社，2007年3月江辑光刘秀成《电路原理》清华大学出版社，2007年3月于歆杰朱桂萍陆文娟《电路》（第5版）高等教育出版社，2006年5月邱关源罗先觉
简单电阻电路的分析方法简单电阻电路的分析方法 第2章 简单电阻电路的分析方法 2.1 串联电阻电路 2.1 串联电阻电路 2. 4 理想电源的串联和并联 2. 4 理想电源的串联和并联 2.5 电压源与电流源的等效转换 2.5 电压源与电流源的等效转换 2. 3 星形联接与三角形联接的电阻的等效变换 2. 3 星形联接与三角形联接的电阻的等效变换 2.6 两个电阻电路的例子 2.6 两个电阻电路的例子 本章重点 本章重点 2.2 并联电阻电路 2.2 并联电阻电路
? 本章本章重点重点重点 ? 电阻的串联、并联和串并联 返回目录
2.1 串联电阻电路 (Series Connection)
R eq =( R 1+ R 2…+R n ) =∑ R k R eq =( R 1+ R 2 + +……+R n ) =∑ R k u R R u k k eq =等效电阻等于串联的各电阻之和
例 两个电阻分压（voltage division ）， 如下图所示 例 两个电阻分压（voltage division ）， 如下图所示 u R R R u 2 11 1+= u R R R u 2 12 2+?=i 2 ， p 2 = R 2i 2 ，? : p n = R 1 : R 2 : ?= (R 1+ R 2+ ? +R + R i 2 + ? + R i 2 返回目录
2013年清华大学电路原理考研真题 1、（1）理想变压器+并联谐振：理想变压器的副边借有并联的电感与电容，告诉了电感与电容支路的电流表读数相等，由这个条件可求出电路工作的频率值，再代入原边的电感值计算得到原边电路的阻抗，最后求出原边电流；(2)卷积：是一个指数函数和一个延时正比例函数的卷积，直接用公式计算即可，可以把指数函数选作先对称后平移的项，这样只需分三个时间段进行讨论即可； 2、三相电路：（1）电源和负载均为星形连接，且三相对称，直接抽单相计算线电流；（2）共B接法的二表法测电路的三相有功功率，要画图和计算两块功率表的读数，注意的读数为负数；（3）当A相负载对中性点短路后求各相电源的有功，先用节点法求出各相电流，再计算各相电源的有功功率； 3、理想运放的问题：共有2级理想运放，其中第一级为负反馈，第二级为正反馈，解答时先要判断出这一信息，然后（1）求第一级的输出，因为第一级运放是负反馈，故可以用“虚断”和“虚短”，得到输出（实为一个反向比例放大器）；（2）求第二级的输出，因为是正反馈，所以“虚断”仍成立，但“虚短”不成立，不过，由正反馈的性质，运放要么工作在正向饱和区，要么工作在反向饱和区，即输出始终为，故可以假设输出为其中一个饱和电压，比较反相输入端和非反相输入端的电压值即可确定第二级的输出（实为一个滞回比较器）； 4、一阶电路的方框图问题：动态元件是电容，它接在方框左端，首先告诉了方框右端支路上的电流的零输入响应，由此可得从电容两端看入的入端电阻，即为从方框左端看入的Thevenin等效电阻，其次可得到时刻的电量，画出这个等效电路图；然后改变电容值，改变电容的初始电压值，并在方框右端的支路上接上一个冲激电压源，求电容电压的响应：可以利用叠加定理，分解为零输入响应和零状态响应分别求解，零输入响应可根据前述Thevenin等效电阻直接写出，零状态响应可以先用互易定理（因为方框内的元件全是线性电阻，满足互易定理）结合前述“时刻的电量，画出这个等效电路图”得到左端的短路电流，再由Thevenin等效电阻进而得到从电容两端向右看入的Thevenin等效电路，然后先求阶跃响应，再求导得到冲激源作用下的冲激响应；最后叠加得到全响应； 5、列写状态方程：含有一个压控电流源的受控源，有2个电容和1个电感，用直接法，最后消去非状态变量即可得解答； 6、含有互感的非正弦周期电路（15分）：（1）求电感电流，互感没有公共节点，无法去耦等效，只能用一般方法解，该题的电源有2种频率，有3个网孔，2个电感和1个电容，最关键的是左下角网孔的电源是电流源，因此可以设出电感电流的值，再由KCL表示出剩余支路的电流，最后对某一个网孔列写KVL，解方程即可得到要求的电感电流的值，只需列写一个方程，但要注意正确地写出互感电压的表达式；（2）求电流源发出的功率，由第一问的解求出电流源两端的电压，即可得到解答； 7、含有理想二极管的二阶电路：需要判断理想二极管何时关断、何时导通，这是解题的关键。从0时刻开始，二极管关断，电路是一个二阶电路，求出电感电流的响应，直到二极管的端电压一直由增大到零，这就是所求临界点，即电感电流达到最大值的时间节点，此后二极管导通，左右两部分电路是2个独立的一阶电路。因此（1）电路可以分为2个工作时间段，分别画出前述的二阶等效电路
电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划 前言 电子材料和元器件是核心基础产业的重要组成部分，处于电子信息产业链的前端，是通信、计算机及网络、数字音视频等系统和终端产品发展的基础，作为体现自主创新能力和实现产业做强的重要环节，对于电子信息产业的技术创新和做大做强发挥着至关重要的作用。 根据信息产业“十一五”规划“加快元器件产业结构升级和提高电子专用材料配套能力”的总体要求，在深入调研、广泛论证的基础上，编制本规划，以此作为“十一五”我国电子基础材料和关键元器件产业发展的指导性文件，作为国家进一步加强和规范行业管理的依据。 一、“十五”回顾 （一）产业规模进一步扩大 “十五”期间，我国电子材料和元器件产业保持了较快增长速度，产业规模进一步扩大（详见表1和表2），其销售收入、工业增加值、利润总额等指标均实现了快速增长，成为电子信息产业增长的重要力量。到“十五”末，我国电子材料和元器件产业规模仅次于日本和美国，居全球第三位。 表1 “九五”、“十五”末期电子材料和元器件发展指标对比 表2 2000-2005年我国电子材料和元器件产业指标情况
（二）部分产品产量居世界前列 经过“十五”的发展，我国已经成为世界电子基础材料和元器件的生产大国，产量占世界总产量的30%以上，部分产品产量居世界前列。其中，产量居全球首位的产品：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、石英晶体器件、微特电机、电子变压器、彩管、玻壳、覆铜板材料、压电晶体材料、印刷电路板等。我国中低档电子材料和元器件产销量已居世界前列，成为全球重要的生产和出口基地（详见表3）。 表3 “十五”电子元件产品产量增长情况 （三）产品结构有所改善 “十五”期间，我国电子材料和元器件产品结构有所改善。阻容感元件片式化率已超过75%，接近世界平均水平；新型显示器件产业取得突破，国内两条第5代TFT-LCD 生产线均实现量产，PDP的研发和产业化取得一定进展，彩管正在向纯平、高清晰度方向发展；多层、挠性等中高端印刷电路板比例接近40%；锂离子、太阳能电池等绿色电池产量居世界前列；大功率高亮度的蓝光、白光LED已经批量生产。 （四）技术创新取得新进展 “十五”期间，国内关键元器件和电子材料产业在技术创新方面也取得了较大进展。内资电容器生产企业已经突破贱金属电极的瓶颈，大大降低了MLCC的成本；TFT-LCD 领域拥有了一定数量的核心专利，OLED技术研发取得重要进展；具有自主知识产权的光纤预制棒技术开发成功并实现产业化；已自主研制成功4英寸、6英寸GaAs单晶和4英寸InP单晶，并掌握主要技术；SOI（绝缘层上的硅）技术研究水平基本与国外同步，6英寸注氧隔离（SIMOX）晶片已经批量生产。 尽管“十五”以来，我国电子材料和关键元器件取得长足进步，但总体看，行业整体实力仍然不强。产品结构性矛盾突出，高端元器件和关键电子材料主要依赖进口；整机和元器件产业互动发展的机制尚未形成；国内骨干企业规模小、经济实力弱，自主创新能力不足；关税、投融资等政策环境亟待改善，低水平竞争、重复建设等问题仍较突出。 二、“十一五”面临的形势 （一）技术发展趋势 随着电子整机向数字化、多功能化和小型化方向发展，电子系统向网络化、高速化和宽带的方向发展，电子材料和元器件技术将发生深刻变化。 新型元器件将向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。微小型和片式化技术、无源集成技术、抗电磁干扰技术、低温共烧陶瓷技术、绿色化生产技术等已成为行业技术进步的重点。微电子机械系统(MEMS)和微组装技术的高速发展，将促进元器件功能和性能大幅提升。
三种管子的工作原理、符号、结构、电流电压方程、电导、跨导、频率 然后还有集边效应，二次击穿 双极型晶体管： 发射极电流集边效应： （1）定义：由于p-n 结电流与结电压的指数关系，发射结偏压越高，发射极边缘处的电流较中间部位的电流越大 （2）原因：基区体电阻的存在引起横向压降所造成的 （3）影响：增大了发射结边缘处的电流密度，使之更容易产生大注入效应或有效基区扩展效应，同时使发射结面积不能充分利用 （4）限制：限制发射区宽度，定义发射极中心到边缘处的横向压降为kT /q 时所对应的发射极条宽为发射极有效宽度，记为2S eff 。S eff 称为有效半宽度。 发射极有效长度 ： （1）定义：沿极条长度方向，电极端部至根部之间压降为kT/q 时所对应的发射极长度称为发射极有效长度 （2）作用：类似于基极电阻自偏压效应，但沿Z 方向，作用在结的发射区侧 二次击穿和安全工作区： （1）现象：当晶体管集电结反偏增加到一定值时，发生雪崩击穿，电流急剧上升。当集电结反偏继续升高，电流I c 增大到某—值后,cb 结上压降突然降低而I c 却继续上升，即出现负阻效应。 （2）分类： 基极正偏二次击穿（I b >0）、零偏二次击穿和（I b =0）、反偏二次击穿（I b <0）。 （3）过程：①在击穿或转折电压下产生电流不稳定性； ②从高电压区转至低电压区，即结上电压崩落，该击穿点的电阻急剧下降； ③低压大电流范围：此时半导体处于高温下，击穿点附近的半导体是本征型的； ④电流继续增大，击穿点熔化，造成永久性损坏。 （4）指标：在二次击穿触发时间t d 时间内，消耗在晶体管中的能量 ?=d t SB IVdt E 0 称为二次击穿触发能量（二次击 穿耐量）。晶体管的E SB （二次击穿触发功率P SB )越大，其抗二次击穿能力越强。 （5）改善措施： 1、电流集中二次击穿 ①由于晶体管内部出现电流局部集中，形成“过热点”，导致该处发生局部热击穿。
2013年清华大学电路原理考研真题 以上内容由凯程集训营保录班学员回忆整理，供考研的同学们参考。更多考研辅导班的详细内容，请咨询凯程老师。 1、（1）理想变压器+并联谐振：理想变压器的副边借有并联的电感与电容，告诉了电感与电容支路的电流表读数相等，由这个条件可求出电路工作的频率值，再代入原边的电感值计算得到原边电路的阻抗，最后求出原边电流； (2)卷积：是一个指数函数和一个延时正比例函数的卷积，直接用公式计算即可，可以把指数函数选作先对称后平移的项，这样只需分三个时间段进行讨论即可； 2、三相电路： （1）电源和负载均为星形连接，且三相对称，直接抽单相计算线电流； （2）共B接法的二表法测电路的三相有功功率，要画图和计算两块功率表的读数，注意的读数为负数； （3）当A相负载对中性点短路后求各相电源的有功，先用节点法求出各相电流，再计算各相电源的有功功率； 3、理想运放的问题：共有2级理想运放，其中第一级为负反馈，第二级为正反馈，解答时先要判断出这一信息，然后（1）求第一级的输出，因为第一级运放是负反馈，故可以用“虚断”和“虚短”，得到输出（实为一个反向比例放大器）；（2）求第二级的输出，因为是正反馈，所以“虚断”仍成立，但“虚短”不成立，不过，由正反馈的性质，运放要么工作在正向饱和区，要么工作在反向饱和区，即输出始终为，故可以假设输出为其中一个饱和电压，比较反相输入端和非反相输入端的电压值即可确定第二级的输出（实为一个滞回比较器）； 4、一阶电路的方框图问题：动态元件是电容，它接在方框左端，首先告诉了方框右端支路上的电流的零输入响应，由此可得从电容两端看入的入端电阻，即为从方框左端看入的Thevenin等效电阻，其次可得到时刻的电量，画出这个等效电路图；然后改变电容值，改变电容的初始电压值，并在方框右端的支路上接上一个冲激电压源，求电容电压的响应：可以利用叠加定理，分解为零输入响应和零状态响应分别求解，零输入响应可根据前述Thevenin等效电阻直接写出，零状态响应可以先用互易定理（因为方框内的元件全是线性电阻，满足互易定理）结合前述“时刻的电量，画出这个等效电路图”得到左端的短路电流，再由Thevenin等效电阻进而得到从电容两端向右看入的Thevenin等效电路，然后先求阶跃响应，再求导得到冲激源作用下的冲激响应；最后叠加得到全响应； 5、列写状态方程：含有一个压控电流源的受控源，有2个电容和1个电感，用直接法，最后消去非状态变量即可得解答； 6、含有互感的非正弦周期电路（15分）： （1）求电感电流，互感没有公共节点，无法去耦等效，只能用一般方法解，该题的电源有2种频率，有3个网孔，2个电感和1个电容，最关键的是左下角网孔的电源是电流源，因此可以设出电感电流的值，再由KCL表示出剩余支路的电流，最后对某一个网孔列写KVL，解方程即可得到要求的电感电流的值，只需列写一个方程，但要注意正确地写出互感电压的表达式； （2）求电流源发出的功率，由第一问的解求出电流源两端的电压，即可得到解答；
半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华
半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料; 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料; 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??= 21*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以 Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说 GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2的禁带宽度为3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= 两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- T k 9.1>0 ∴21n n > ∴在高温环境下2n 更合适 1.11 在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图,判断该半导体是n 型还是p 型半导体.
解 3 173 2 1002 02 0010125.110 2)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p 是p 型半导体 1.16 硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费米能级相对于本征费米能级的位置,画出能带图. 解 317010-==cm N p A 2 00i n p n = T=300K →310105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p > ∴该半导体是p 型半导体 ) 105.110ln(0259.0)ln(1017 0??==-i FP i n p KT E E 1.27 砷化镓中施主杂质浓度为31610-cm ，分别计算T=300K 、400K 的电阻率和电导率。 解 316010-==cm N n D =?=?=?=-i i n K T cm n K T 4001023003 6 0 02 n n p n p n i i o o = ?= 电导率p n qp qn μμσ00+=，电阻率σ ρ1= 1.40 半导体中载流子浓度314010-=cm n ,本征载流子浓度31010-=cm n i , 非平衡空穴浓度31310-=cm p δ,非平衡空穴的寿命s n 6010-=τ,计算电子-空穴的复合率,计算载流子的费米能级和准费米能级. 解 因为是n 型半导体 t p N C n 1 0= τ cm n p p N C R t o 190 10===τδδ )ln( 0i i Fn n p n kT E E δ+=- )ln(i o Fp i n p p kT E E δ+=- 2.2 有两个pn 结,其中一个结的杂质浓度3 17315105,105--?=?=cm N cm N A D ,另一 个结的杂质浓度319317105,105--?=?=cm N cm N A D ,在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差,并解释为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同.
清华考研详解与指导 清华大学2015年国际法考研试题 一、名词解释（50分）（忘了一个，顺序不是这样子的） 1.反致 2.属人法 3.分配性链接 4.法人设立准据法主义 5.反倾销 6.提单 7.税收管辖权 8.浮动汇率 9.许可协议10. 清华大学《827电路原理》考研真题 一、综述 827电路原理试题较之往年覆盖面广，综合性强，重基础，重计算，重速度。其中，对正弦稳态电路的考察有所加强，而动态电路部分相对削弱，现在对各题分述如下。 二、分述 1、（1）理想变压器+并联谐振：理想变压器的副边借有并联的电感与电容，告诉了电感与电容支路的电流表读数相等，由这个条件可求出电路工作的频率值，再代入原边的电感值计算得到原边电路的阻抗，最后求出原边电流；(2)卷积：是一个指数函数和一个延时正比例函数的卷积，直接用公式计算即可，可以把指数函数选作先对称后平移的项，这样只需分三个时间段进行讨论即可； 2、三相电路：（1）电源和负载均为星形连接，且三相对称，直接抽单相计算线电流；（2）共B接法的二表法测电路的三相有功功率，要画图和计算两块功率表的读数，注意的读数为负数；（3）当A相负载对中性点短路后求各相电源的有功，先用节点法求出各相电流，再计算各相电源的有功功率； 3、理想运放的问题：共有2级理想运放，其中第一级为负反馈，第二级为正反馈，解答时先要判断出这一信息，然后（1）求第一级的输出，因为第一级运放是负反馈，故可以用“虚断”和“虚短”，得到输出（实为一个反向比例放大器）；（2）求第二级的输出，因为是正反馈，所以“虚断”仍成立，但“虚短”不成立，不过，由正反馈的性质，运放要么工作在正向饱和区，要么工作在反向饱和区，即输出始终
贵州大学2008-2009学年第二学期考试试卷 A 科目名：固体电子器件原理 注意事项： 1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。 2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。 3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。 4. 满分100分，考试时间为120分钟。 题 号 一 二 三 四 五 六 七 总 分 统分人 得 分 一、能带图 (27分) 1. 画出硅pn 结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出 有关能量。 (9 分) 2. 画出n 型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) φm > φs , (b) φm < φs . 分别指出该接触是欧姆接触还是整流接触? （要求画出接触前和接触后的能带图）( 8 分 ) φm > φs , 得 分 评分人
φm < φs, 3. 画出p型硅衬底上理想MOS结构（理想MOS结构的含义：栅极材料与衬底半导体无功函数差，栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的介质层）半导体表面处于反型状态时的能带图。(5分) 4. 重掺杂的n+多晶硅栅极-二氧化硅-n型半导体衬底形成的MOS结构，假定氧化层电荷为零。画出MOS结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。（5分）
二、器件工作机理和概念(35 分) 1. 简述突变空间电荷区近似的概念。 (5分) 现在以突变pn 结为例来研究平衡pn 结的特性。我们知道，在p 型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子；而在n 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。于是，在pn 结冶金界面的两侧因浓度差而出现了载流子的扩散运动。 p 区的空穴向n 区扩散，在冶金界面的p 型侧留下电离的不可动的受主离子; 同理，n 区的电子向p 区扩散，在冶金界面的n 型侧留下电离的不可动的施主离子。电离的受主离子带负电，电离的施主离子带正电。于是，随着扩散过程的进行，在pn 结界面两侧的薄层内，形成了由不可动的正负电荷组成的非电中性区域。我们把这一区域称为pn 结空间电荷区， 如图所示。 空间电荷的出现，在pn 结两侧产生了由正电荷指向负电荷的电场E bi ， 即由n 区指向p 区的电场。这一电场称为自建电场或内建电场。在自建电场的作用下，空间电荷区内n 型侧空穴向p 区漂移，p 型侧电子向n 区漂移，同时产生与p 区空穴和n 区电子的扩散方向相反的“推挡”作用，减弱了浓度差引起的扩散运动对载流子的输运作用。当扩散运动与自建电场的作用达到动态平衡时， 载流子通过pn 结界面的净输运为零，空间电荷区的宽度不再变化，自建电场的大小也不再变化。 由于自建电场的作用，可近似认为空间电荷区内的自由载流子—电子和空穴 被完全“扫出”该区域，只剩下电离受主和电离施主原子，空间电荷区是一个高阻区，所以空间电荷区又称为耗尽区或阻挡层。此外，空间电荷区的边界虽然是缓变的，但计算表明过度区很窄，因此，可近似认为空间电荷区边界是突变的。这两个近似条件，称为突变空间电荷区近似或突变耗尽近似。在突变耗尽近似条件下，如图在-x p 到x n 之间，没有自由载流子，电阻为无穷大；在-x p 和x n 的外侧是电中性的；在-x p 和x n 处，存在一个由电中性区到耗尽区的突变界面。 得 分 评分人
3.在未加偏置电压的条件下，由于截流子的扩散运动，p 区和n 区之间的pn 结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在pn 结附近，由于没有电子和空穴，无法通过电子-空穴对的复合产生光辐射。加上正向偏置电压，驱动电流通过器件时，p 区空穴向n 区扩散，在pn 结附近形成电子和空穴同时存在的区域。电子和空穴在该区通过辐射复合，并辐射能量约为Eg 的光子，复合掉的电子和空穴由外电路产生的电流补充。 5要满足以下条件a 满足粒子数反转条件，即半导体材料的导带与价带的准费米能级之差不小于禁带宽度即B.满足阈值条件，半导体由于粒子数产生的增益需要能够补偿工作物质的吸收、散射造成的损耗，以及谐振腔两个反射面上的透射、衍射等原因产生的损耗。即 第二章课后习题 1、工作物质、谐振腔、泵浦源 2、粒子数反转分布 5a.激光介质选择b.泵浦方式选择c 、冷却方式选择d 、腔结构的选择e 、模式的选择f 、整体结构的选择 第三章课后习题 10.要求：对正向入射光的插入损耗值越小越好，对反向反射光的隔离度值越大越好。原理：这种光隔离器是由起偏器与检偏器以及旋转在它们之间的法拉第旋转器组成。起偏器将输入光起偏在一定方向，当偏振光通过法拉第旋转器后其偏振方向将被旋转45度。检偏器偏振方向正好与起偏器成45度，因而由法拉第旋转器出射的光很容易通过它。当反射光回到隔离器时，首先经过起偏器的光是偏振方向与之一至的部分，随后这些这些光的偏振方向又被法拉第旋转器旋转45度，而且与入射光偏振方向的旋转在同一方向上，因而经过法拉第旋转器后的光其偏振方向与起偏器成90度，这样，反射光就被起偏器所隔离，而不能返回到入射光一端。 15.优点：A 、采用光纤耦合方向，其耦合效率高；纤芯走私小，使其易于达到高功率密度，这使得激光器具有低的阈值和高的转换效率。B 、可采用单模工作方式，输出光束质量高、线宽窄。C 、可具有高的比表面，因而散热好，只需简单风冷即可连续工作。D 、具有较多的可调参数，从而可获得宽的调谐范围和多种波长的选择。E 、光纤柔性好，从而使光辉器使用方便、灵巧。 由作为光增益介质的掺杂光纤、光学谐振腔、抽运光源及将抽运光耦合输入的光纤耦合器等组成。 原理:当泵浦激光束通过光纤中的稀土离子时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现粒子数反转。反转后的粒子以辐射跃迁形式从高能级转移到基态。 g v c E F F 211ln 21R R L g g i th
贵州大学2006-2007学年第二学期考试试卷 A 卷 科目名：固体电子器件原理 参考答案 注意事项： 1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。 2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。 3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。 4. 满分100分，考试时间为120分钟。 一、能带理论 （共22分） 1.画出零偏理想条件下金属-n 型硅半导体接触后的能带图（不考 虑界面态和表面态），(a) 金属功函数大于半导体功函数；(b) 金属功 函数小于于半导体功函数。分别说明是整流接触还是欧姆接触。（8分）
2. 画出p型硅衬底上的理想MOS结构在零偏、负偏和正偏条件下的能带图，指出半导体表面的积累、耗尽和反型状态。（共14分） 零偏时能带图 表面积累状态 表面耗尽状态
表面反型状态 或参考
二、器件模型与概念 （共34分） 1. 说明pn 结复合电流、产生电流的成因，它们对pn 结的电流-电压关系有什么影响？（8分） 提要：pn 结处于非平衡态时，空间电荷区载流子浓度关系式为 )/ex p(.2kT qV n np i = pn 结正偏时，V > 0, 2 i n np >,耗尽区有电子-空穴复合而形成的复合电流，电流大小等 于 )2/exp(2kT qV W qn i τ ，小的正偏压下，复合电流是pn 结的主要电流。 pn 结反偏时，V < 0, 2 i n np <,耗尽区有电子-空穴产生，产生的电子空穴在电场的作用下 形成反向电流，电流大小等于 τ 2W qn i ，称为反向产生电流。计算表明，pn 结反向产生电流比反向饱和电流大3—4个数量级。因此，反向产生电流总是pn 结反向电流的主要成分。 2. 简述pn 结空间电荷区（耗尽区）形成的原因，说明“突变空间电荷区近似”的概念。（8分） 提要：冶金界面两边的浓度差—多数载流子扩散—界面n 型侧留下不可动的带正电的电离施主，界面p 型侧留下不可动的带负电的电离受主。电离施主和电离受主形成的区域称为空间电荷区。由电离施主指向电离受主的电场称为自建电场。自建电场对载流子有反方向的漂移作用。当扩散作用与漂移作用达到动态平衡时，空间电荷区电荷固定，自建电场的大小固定，接触电势差为定值。 “突变空间电荷区近似”模型认为，由于自建电场的作用，可近似认为空间电荷区内的自由载流子—电子和空穴 被完全“扫出”该区域，只剩下电离受主和电离施主原子，空间电荷区是一个高阻区，所以空间电荷区又称为耗尽区或阻挡层。此外，空间电荷区的边界虽然是缓变的，但计算表明过度区很窄，因此，可近似认为空间电荷区边界是突变的。空间电荷区外是电中性的，与空间电荷区内相比，电阻率很小，可近似为零。这三个近似条件，称为突变空间电荷区近似或突变耗尽近似。 3．简述正向有源状态下双极型晶体管的发射结注入效率、基区输运系数两参数的物理意义。（6分） 提要：以npn 晶体管为例，正偏的BE 结，既有发射区电子向基区的注入，也有基区空穴向发射区的注入。就晶体管的使用而言，希望发射区电子向基区的注入的比例越大越好，可称其为正向有效注入。发射结注入效率指正向有效注入与总注入的比例。 发射区向基区注入的电子，进入基区边界后继续向BC 结空间电荷区边界输运，输运过程中部分电子与基区多数载流子空穴复合。基区输运系数定义到达BC 结空间电荷区边界处的电子电流与进入基区BE 结空间电荷区边界处的电子电流之比，因此，基区输运系数表示基区复合损失的大小。 4．什么是pn 结耗尽层电容（势垒电容）？什么是pn 结的扩散电容？（6分） 提要：pn 结空间电荷区的电荷随外加电压的变化而变化的电容效应就是pn 结耗尽层电容
固体电子器件原理期末考试题A 卷及答案 一、能带图 (27分) 1. 画出硅pn 结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出 有关能量。 (9 分) 2. 画出n 型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) φm > φs , (b) φm < φs . 分别指出该接触是欧姆接触还是整流接触? （要求画出接触前和接触后的能带图）( 8 分 ) φm > φs , φm < φs , 3. 画出p 型硅衬底上理想MOS 结构（理想MOS 结构的含义：栅极材料与衬底半导体无功函数差，栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的介质层）半导
体表面处于反型状态时的能带图。 (5分 ) 4. 重掺杂的n + 多晶硅栅极-二氧化硅-n 型半导体衬底形成的MOS 结构，假定 氧化层电荷为零。画出MOS 结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。（5分） 二、器件工作机理和概念(35 分) 1. 简述突变空间电荷区近似的概念。 (5分) 现在以突变pn 结为例来研究平衡pn 结的特性。我们知道，在p 型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子；而在n 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。于是，在pn 结冶金界面的两侧因浓度差而出现了载流子的扩散运动。 p 区的空穴向n 区扩散，在冶金界面的p 型侧留下电离的不可动的受主离子; 同理，n 区的电子向p 区扩散，在冶金界面的n 型侧留下电离的不可动的施主离子。电离的受主离子带负电，电离的施主离子带正电。于是，随着扩散过程的进行，在pn 结界面两侧的薄层内，形成了由不可动的正负电荷组成的非电中性区域。我们把这一区域称为pn 结空间电荷区， 如图所示。