第14章 半导体器件 (1)

半导体器件物理课后作业第二章对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器件，简述它们的工作原理和应用场合。

解：发光二极管它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。

应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。

光电二极管光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。

工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。

光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大。

这种特性称为“光电导”。

光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。

如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

第 14 章半导体器件一、选择题1、对半导体而言，其正确的说法是( )。

(1) P 型半导体中由于多数载流子为空穴，所以它带正电。

(2) N 型半导体中由于多数载流子为自由电子，所以它带负电。

(3) P 型半导体和 N 型半导体本身都不带电。

2、在图 14-1 所示电路中，Uo 为 ( ) 。

(1) -12V (2) -9V (3) -3VR- 0V D Z11V 3kΩ-9VUo DZ2U o + + R- -图14-1 图14-2 图14-33、在图 14-2 所示电路中，二极管 D1、D2、D3 的工作状态为( ) 。

(1) D1、D2 截止， D3 导通 (2) D1 截至， D2、D3 导通 (3) D1、D2、D3 均导通4、在图 14-3 所示电路中，稳压二极管 Dz1 和 Dz2 的稳定电压分别为 5V 和 7V，其正向压降可忽略不计，则 Uo 为( ) 。

(1) 5V (2) 7V (3) 0V5、在放大电路中，若测得某晶体管的三个极的电位分别为 6V，1.2V 和 1V，则该管为( )。

(1) NPN 型硅管 (2) PNP 型锗管 (3) NPN 型锗管6、对某电路的一个 NPN 型的硅管进行测试，测得 UBE>0，UBC>0，UCE>0，则此管工作在 ( ) 。

(1)放大区 (2)饱和区 (3) 截至区7、晶体管的控制方式为( ) 。

(1)输入电流控制输出电压 (2)输入电流控制输出电流 (3)输入电压控制输出电压二、判断题1、晶体管处于放大区，其 PN 结一定正偏。

( )2、三极管由二极管构成的，三极管具有放大作用，故二极管也具有放大作用。

( )3、二极管正向导通，反向截止，当反向电压等于反向击穿电压时，二极管失效了，故所有的二极管都不可能工作在反向击穿区。

( )三、填空题1、若本征半导体中掺入某 5 价杂质元素，可成为，其多数载流子为。

若在本征半导体中掺入某 3 价杂质元素，可成为，其少数载流子为。

半导体器件习题及答案(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1第1章 半导体器件一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错)1、P 型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。

（ ）2、N 型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。

（ ）3、在N 型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P 型半导体。

（ ）4、P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。

（ ）5、N 型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。

（ ）6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。

（ ）7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。

（ ）8、施主杂质成为离子后是正离子。

（ ）9、受主杂质成为离子后是负离子。

（ ）10、PN 结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。

（ ）11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。

（ ）12、由于PN 结交界面两边存在电位差，所以，当把PN 结两端短路时就有电流流过。

（ ）13、PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。

（ ）14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。

（ ）15、通常的BJT 管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。

（ ）16、有人测得某晶体管的U BE =，I B =20μA ，因此推算出r be =U BE /I B =20μA=35kΩ。

（ ）17、有人测得晶体管在U BE =，I B =5μA ，因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =Ω。

（ ）18、有人测得当U BE =，I B =10μA 。

考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到0.6060()100BE be B U r k I ∆-===Ω∆-（ ）二、选择题(注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。

第4章 半导体器件习题解答习 题4.1 计算题4.1图所示电路的电位U Y 。

（1）U A =U B =0时。

（2）U A =E ，U B =0时。

（3）U A =U B =E 时。

解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。

假设图中二极管为理想二极管，可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。

当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1kΩ的电阻为并联关系。

本题解答如下：（1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0； （2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝Ω+Ω⋅Ωk k E k 919＝109E ；（3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝Ω+Ω⨯⋅Ω⨯k k Ek 19292＝1918E 。

4.2 在题4.2图所示电路中，设VD 为理想二极管，已知输入电压u I 的波形。

试画出输出电压u O 的波形图。

题4.1图题4.2图解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。

首先从（b ）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电第4章 半导体器件习题解答阻为无穷大，相当于断路，因此u o ＝5V ，即是说，只要判断出D 导通与否，就可以判断出输出电压的波形。

要判断D 是否导通，可以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高低，从而得知是否导通。

《半导体器件》教案半导体器件教案
一、教学目标
1. 了解半导体器件的基本概念和分类。

2. 掌握半导体器件的工作原理和特性。

3. 研究半导体器件的制作工艺和测试方法。

二、教学内容
第一节半导体器件简介
1. 半导体器件的定义和作用。

2. 半导体材料的特性和分类。

第二节常见的半导体器件
1. 硅二极管和整流器件。

2. 双极型和场效应晶体管。

3. 二极管、晶体管和集成电路的比较。

第三节半导体器件的工作原理和特性
1. PN 结的形成和特性。

2. 动态场效应晶体管的工作原理。

3. 半导体器件的电流-电压特性曲线。

第四节半导体器件的制作工艺
1. 硅材料的净化和晶体生长工艺。

2. 掺杂和扩散工艺。

3. 形成金属与半导体接触的工艺。

第五节半导体器件的测试方法
1. 器件的正向和反向特性测试。

2. 器件的参数测量方法。

3. 器件的可靠性测试方法。

三、教学方法
1. 理论授课配合案例分析，让学生理解半导体器件的基本概念和原理。

2. 实验操作，让学生亲自制作和测试半导体器件，加深对其制作工艺和测试方法的理解。

四、教学评估
1. 课堂练，检验学生对半导体器件概念和原理的掌握程度。

2. 实验报告，评估学生对半导体器件制作和测试方法的掌握程度。

五、参考书目
1. 《半导体物理与器件》- 张志强
2. 《半导体器件制作技术》- 邵和平
3. 《半导体物理与器件》- 刘凡。

第一章、半导体器件（附答案）一、选择题1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________A. 变窄 B 。

基本不变 C 。

变宽2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________A 。

B. C.3．稳压管的稳压是其工作在 ________A. 正向导通B. 反向截止C. 反向击穿区4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________A. 结型场效应管B. 增强型 MOS 管 C 。

耗尽型 MOS 管5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________A 。

多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____A. 增加B. 减少 C 。

不变7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻,两次测量结果 ______A. 相同B. 第一次测量植比第二次大 C 。

第一次测量植比第二次小8．面接触型二极管适用于 ____A. 高频检波电路B. 工频整流电路9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____A. 2CZ11B. 2CP10 C 。

2CW11 D.2AP610．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=.若其他参数不变，当温度上升到40℃，则D U 的大小将 ____A. 等于 0。

7V B 。

大于 0。

7V C 。

小于 0。

7V11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A 。

两种 B. 三种 C 。

四种12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态,由此可知输出电压O U 为 _____A. 6VB. 7VC. 0V D 。

1V13．将一只稳压管和一只普通二极管串联后，可得到的稳压值是（ ）A 。

第一章功率半导体器件1.1概述1.1.1功率半导体器件的定义图1-1为电力电子装置的示意图，输入电功率经功率变换器变换后输出至负载。

功率变换器即为通常所说的电力电子电路(也称主电路)，它由电力电子器件构成。

目前，除了在大功率高频微波电路中仍使用真空管(电真空器件)外，其余的电力电子电路均由功率半导体器件组成。

图1-1电力电子装置示意图一个理想的功率半导体器件、应该具有好的静态和动态特性，在截止状态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时，能流过大电流和很低的管压降;在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。

同时能承受高的di/dt和du/dt以及具有全控功能。

1.1.2功率半导体器件的发展功率半导体器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。

从1958 年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由功率半导体器件构成的变流器时代。

功率半导体器件的发展经历了以下阶段：大功率二极管产生于20世纪40年代，是功率半导体器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。

目前已形成整流二极管(Rectifier Diode)、快恢复二极管(Fast Recovery Diode 一尸区口)和肖特基二极管(Schottky Barrier Diode—SBD)等3种主要类型。

晶闸管(Thyristor, or Silicon Controlled Rectifier —SCR)可以算作是第一代电力电子器件，它的出现使电力电子技术发生了根本性的变化。

但它是一种无自关断能力的半控器件，应用中必须考虑关断方式问题，电路结构上必须设置关断(换流)电路，大大复杂了电路结构、增加了成本、限制了在频率较高的电力电子电路中的应用。

此外晶闸管的开关频率也不高，难于实现变流装置的高频化。

晶闸管的派生器件有逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。