多数载流子与少数载流子之间的关系

多子和少子的形成:五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的四价硅原子时，每个五价元素原子中的四个价电子与周围四个硅原子以共价键形式相结合，而余下的一个就不受共价键束缚，它在室温时所获得的热能足以便它挣脱原子核的吸引而变成自由电子，如图所示。

出于该电子不是共价键中的价电子，因而不会同时产生空穴。

而对于每个五价元素原子，尽管它释放出一个自由电子后变成带一个电子电荷量的正离子，但它束缚在晶格中，不能象载流子那样起导电作用。

这样，与本征激发浓度相比，N型半导体中自由电子浓度大大增加了，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，其浓度反而更小了。

多子---在N型半导体中，将自由电子称为多数载流子，简称多子；少子---在N型半导体中，空穴称为少数载梳子，简称少子。

施主杂质---将五价元素称为施主杂质，它是受晶格束缚的正离子。

在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）是施主杂质，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。

每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。

LED发光原理：发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。

因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。

除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。

《电子技术基础》节后思考与问题解答第1章节后思考与问题解析1.1 思考与问题解答：1、什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的？答：由于温度升高、光照作用等原因，使本征半导体中的价电子挣脱共价键的束缚游离到晶体中成为自由电子的现象称为本征激发，同样原因使价电子跳进相邻空穴的填补运动称为复合。

在本征半导体中掺入五价杂质元素后，自由电子数量浓度大大于空穴载流子数量而成为多了；掺入三价杂质元素后，空穴载流子浓度大大于自由电子载流子数量而成为多子。

2、半导体的导电机理和金属导体的导电机理有何区别？答：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电，而半导体中有自由电子和空穴两种载流子同时参与导电，这是它们导电机理上的本质区别。

3、什么是本征半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？答：经过提纯工艺后，使半导体材料成为具有共价键结构的单晶体，称为本征半导体。

在本征半导体中掺入五价杂质元素后可得到N型半导体，N型半导体中多子是自由电子，少子是空穴，定域的离子带正电；本征半导体中掺入三价杂质元素后可得到P型半导体，P型半导体中多子是空穴，少子是自由电子，定域的离子带负电。

4、由于Ｎ型半导体中多数载流子是电子，因此说这种半导体是带负电的。

这种说法正确吗？为什么？答：无论多子是自由电子或是空穴，只是载流子的数量不同，对于失电子的原子来讲，成为正离子，对于得电子的原子来讲，成为负离子。

但是，整块半导体晶体中的正、负电荷数并没有发生变化，所以半导体本身呈电中性。

5、试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。

这两种击穿能否造成PN结的永久损坏？答：雪崩击穿是碰撞式的击穿，通常在强电场下发生；齐纳击穿是场效应式的击穿，这两种击穿都属于电击穿，电击穿可逆，通常不会造成PN结的永久损坏。

6、何谓扩散电流？何谓漂移电流？何谓PN结的正向偏置和反向偏置？PＮ结具有哪种显著特性？答：PN结正向偏置时通过的多子形成的电流称为扩散电流，PN结反向偏置时出现的少子形成的电流叫做漂移电流。

（热平衡条件和非平衡条件分别怎样？在室温下，为什么多数载流子浓度与温度的关系不大、而少数载流子浓度则否？在热平衡的不均匀系统中，为什么会出现内建电场？Fermi能级和准Fermi能级的适用条件分别怎样？什么是电中性条件？为什么根据电中性条件可以求出普遍情况下的平衡载流子浓度？为什么向半导体中能够注入少数载流子、而不能注入多数载流子？为什么非平衡电子浓度必须等于非平衡空穴浓度？）————————————————————半导体中的多数载流子浓度与少数载流子浓度之间，在热平衡状态时，存在着一定的关系，这就是所谓热平衡条件。

对于存在多种带电粒子（载流子和电离杂质中心）的半导体，不管是在热平衡状态、还是在非平衡状态，它的内部总是保持为电中性——电中性条件。

（1）热平衡条件：在一定的温度下，半导体不管是否已经掺杂，由于半导体禁带宽度不是很大，则其中必然存在一定数量的载流子——电子和空穴；而且这两种载流子的浓度之间存在着一定的制约关系，这种关系就决定于热平衡条件。

①对于本征半导体，其中的载流子（本征载流子）都是由于共价键的断裂而产生出来的；断裂一个共价键（称为本征激发，即价带电子跃迁到导电），就产生出一个电子-空穴对（一个空穴也就是一个共价键空位）。

而在本征激发的同时，也有相反的一种过程——电子-空穴对的直接复合（即导带电子落入共价键空位）。

在一定温度下，本征激发与直接复合这两个过程不断相互竞争，就使得系统达到热平衡状态。

这种竞争过程类似于平衡的化学反应，则根据“电化学反应”的质量作用定律有：电子+ 空穴←→ 完整的共价键若电子和空穴的热平衡浓度分别为nno和pno，则有nno pno = 常数。

这就是所谓的热平衡条件（或者热平衡关系）。

由于本征半导体有nno = pno = ni，则可把热平衡条件表示为热平衡条件说明，在温度一定时，当其中一种载流子浓度增大时，则必将引起另一种载流子浓度减小。

②对于掺杂半导体，例如n型半导体，掺杂就使得电子浓度大大增加，则电子-空穴对的复合几率增大，与此同时，电子-空穴对的产生几率也将增大，因此仍然维持着以上的热平衡条件。

少数载流子（minoritycarrier）百科物理
苏霍姆林斯基说：让学生变得聪明的办法，不是补课，不是增加作业量，而是阅读、阅读、再阅读。

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少数载流子（minoritycarrier）
少数载流子(minoritycarrier)
同一种半导体材料中与多数载流子带相反电荷的载流子。

如n型半导体中的空穴和p型半导体中的电子均为少数载流子。

热平衡条件下，非简并半导体中电子浓度n与空穴浓度p满足
`np=n_i^2CT^3e^{-frac{E_g}{KT}}`
其中ni为本征载流子浓度，Eg为禁带宽度。

T为温度。

因此在本征激发尚不显著的温度范围内，多数载流子浓度可以近似认为与掺杂浓度相等，基本不随温度而改变。

少数载流子浓度随温度升高而迅速增加。

对于同种半导体，掺杂浓度越高，少数载流子浓度越低。

对于相同掺杂浓度，材料的禁带宽度Eg越大，少数载流子浓度越低。

虽然热平衡少数载流子对电导的作用较小，但非平衡少数载流子对电导的作用较小，但非平衡少数载流子，如pn结正向注入的非平衡少数载流子，对器件的工作起支配作用。

感谢阅读少数载流子(minoritycarrier)百科物理，希望大家从中得到启发。

多数载流子与少数载流子的特性比较2009-11-02 20:09:52| 分类：微电子物理| 标签：|字号大中小订阅作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)l 载流子浓度：对于n型半导体，如果掺杂浓度为ND，则在杂质全电离情况下，其中多数载流子浓度为：n0 ≈ ND，即多数载流子浓度基本上决定于掺杂浓度。

假若杂质未全电离，则多数载流子浓度决定于杂质的电离程度，随着杂质的不断电离，多数载流子浓度也不断增大（与温度有指数函数关系）。

而少数载流子浓度，在杂质全电离情况下，可根据热平衡关系n0 p0 = ni2，得到为p0 = ni2 / n0 ≈ ni2 / ND。

这就是说，少数载流子浓度基本上决定于本征激发过程，并且与掺杂浓度有关。

掺杂浓度越高，少数载流子浓度就越低；掺杂浓度越低，少数载流子浓度就越高。

总之，对于Si器件，在室温附近，一般杂质是全电离的，这时多数载流子浓度基本上与温度无关，可近似等于掺杂浓度；而少数载流子浓度则与温度有指数函数的关系（决定于本征激发）。

这种不同的多数载流子浓度与少数载流子浓度的温度关系，也就决定了多数载流子器件（场效应器件）与少数载流子器件（双极型器件）在性能上的不同温度关系。

l 载流子的运动：载流子的运动形式基本上有两种，即漂移运动和扩散运动。

这两种运动所产生的电流大小分别决定于不同的因素：漂移电流主要决定于多数载流子浓度和电场的大小；扩散电流主要决定于载流子的浓度梯度，而与浓度本身的大小无关。

半导体与金属一样，其内部都需要保持电中性（表面不需要保持电中性，可以带有电荷）。

对于多数载流子而言，由于电中性的要求，在半导体中很难形成明显的浓度梯度，所以扩散电流往往可以忽略；但是少数载流子则恰恰相反，能够在出现很大浓度梯度的情况下保持电中性，所以数量很少的少数载流子可以产生很大的扩散电流。

总之，多数载流子电流主要以漂移电流为主，少数载流子电流则主要以扩散电流为主。

《模拟电子技术基础》第4版习题解答第1章半导体二极管及其基本应用电路一、填空题1．1 在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于，而少数载流子的浓度则与有很大关系。

1．2 在N型半导体中，多子是，少子是；在P型半导体中，多子是，少子是。

1．3二极管具有性；当时，二极管呈状态；当时，二极管呈状态。

1．4 2APl2型二极管是由半导体材料制成的；2CZ52A型二极管是由半导体材料制成的。

1．5在桥式整流电路中接入电容C(与负载并联)滤波后，输出电压较未加C时，二极管的导通角，输出电压随输出电流的增大而。

二、选择正确答案填空(只需选填英文字母)1．6二极管正向电压从0．7 V增大15％时，流过的电流增大(a．15％；b．大于15％；c．小于15％)。

1．7当温度升高后，二极管的正向压降将，反向电流将(a．增大；b．减小；c．不变)。

1．8利用二极管的组成整流电路(a1．正向特性；b1．单向导电性；c1．反向击穿特性)。

稳压二极管工作在状态下，能够稳定电压(a2．正向导通；b2．反向截止；c2．反向击穿)。

三、判断下列说法是否正确(用√或×号表示)1．9在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质，可以改型为P型半导体。

( )1．10 PN结的伏安特性方程可以描述PN结的正向特性和反向特性，也可以描述其反向击穿特性。

( )1．11 在桥式整流电路中，如用交流电压表测出变压器二次侧的交流电压为40 V，则在纯电阻负载两端用直流电压表测出的电压值约为36 V。

( ) 1．12光电二极管是受光器件，能将光信号转换为电信号。

( ) 解答：1.1 杂质浓度温度1.2 电子空穴空穴电子1.3 单向导电性 正向偏置 导通 反向偏置 截止1.4 N 型锗材料 N 型硅材料1.5 增大 减小 减小1.6 （b ）1.7 （b ） （a ）1.8 （b 1） （c 2）1.9 （√）1.10 （×）1.11 （√）1.12 （√）1．13某硅二极管在室温下的反向饱和电流为910-A ，求外加正向电压为0．2 V 、0．4 V 时二极管的直流电阻R D 。

习题1一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。

2、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 大于 漂移电流，耗尽层 变窄 。

当外加反向电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。

3、在N 型半导体中，电子为多数载流子， 空穴 为少数载流子。

二．判断题1、由于P 型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。

（ × ）2、在N 型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P 型半导体。

（ √ ）3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。

（× ）4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。

（ × ）5、PN 结在无光照无外加电压时，结电流为零。

（ √ ）6、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。

（ × ）7、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。

（× ）三．简答题1、PN 结的伏安特性有何特点？答：根据统计物理理论分析，PN 结的伏安特性可用式)1e (I I T V VsD -⋅=表示。

式中，I D 为流过PN 结的电流；I s 为PN 结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I 的单位一致；V 为外加电压； V T =kT/q ，为温度的电压当量（其单位与V 的单位一致），其中玻尔兹曼常数k .J /K -=⨯2313810，电子电量)(C 1060217731.1q 19库伦-⨯=，则)V (2.11594T V T =，在常温（T=300K ）下，V T =25.875mV=26mV 。

当外加正向电压，即V 为正值，且V 比V T 大几倍时，1e T V V>>，于是T V V s e I I ⋅=，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN 结为正向导通状态.外加反向电压，即V 为负值，且|V|比V T 大几倍时，1e T V V <<，于是s I I -≈，这时PN 结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN 结呈反向截止状态。

基本概念题：第一章 半导体电子状态 1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。

例： 1简述Si Ge ,GaAs 的晶格结构。

2什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。

在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥Eg ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。

其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。

如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。

对半导体的理解：半导体导体 半导体 绝缘体电导率ρ <310- 9310~10- 910> cm ∙Ω此外，半导体还有以下重要特性1、 温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si ） 若温度从 30C 变为C 20时，ρ增大一倍 2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、 光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。

另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。

【补充材料】半导体中的自由电子状态和能态势场 → 孤立原子中的电子——原子核势场+其他电子势场下运动 ↘ 自由电子——恒定势场（设为0）↘ 半导体中的电子——严格周期性重复排列的原子之间运动 ⅰ.晶体中的薛定谔方程及其解的形势V(x)的单电子近似：假定电子是在①严格周期性排列②固定不动的原子核势场③其他大量电子的平均势场下运动。

↓ ↓（理想晶体） （忽略振动）意义：把研究晶体中电子状态的问题从原子核—电子的混合系统中分离出来，把众多电子相互牵制的复杂多电子问题近似成为对某一电子作用只是平均势场作用。

电路与电子技术复习题电路与电子技术复习题第4章一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，而少数载流子的浓度则与温度有很大关系。

2、当PN结外加正向电压时，扩散电流大于漂移电流，耗尽层变窄。

当外加反向电压时，扩散电流小于漂移电流，耗尽层变宽。

3、在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

4、三极管处在放大区时，其集电结电压小于零，发射结电压大于零。

5、三极管的发射区杂质浓度很高，而基区很薄。

6、在半导体中，温度变化时少数载流子的数量变化较大，而多数载流子的数量变化较小。

7、三极管实现放大作用的内部条件是：发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；外部条件是：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。

8、工作在放大区的某三极管，如果当IB从12μA 增大到22μA时，IC从1mA变为2mA，那么它的β约为100 。

9、三极管的三个工作区域分别是饱和区、放大区和截止区。

10、双极型三极管是指它内部的参与导电载流子有两种。

11、三极管工作在放大区时，它的发射结保持正向偏置，集电结保持反向偏置。

12、某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为-9V、-6V和-6.2V，则三极管的集电极是 A ，基极是 C ，发射极是 B 。

该三极管属于PNP 型，由锗半导体材料制成。

二、判断题1、由于P型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P型半导体带正电，N型半导体带负电。

（×）2、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。

（×）3、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。

（×）4、温度升高时，PN结的反向饱和电流将减小。

（×）5、PN结加正向电压时，空间电荷区将变宽。

（×）三、选择题1、二极管加正向电压时，其正向电流是由（a ）。

少数载流子和多数载流子
在半导体器件中，载流子是指电荷从一个位置向另一个位置运动以传递电流的粒子。

根据半导体内部结构和材料性质的不同，载流子分为少数载流子和多数载流子。

1. 多数载流子：在半导体中，多数载流子是指数量较多的载流子，它们在器件中起主要的导电作用。

在N型半导体中，多
数载流子为自由电子，它们的浓度远远大于杂质的正离子浓度；而在P型半导体中，多数载流子为空穴，其浓度远远大于杂
质的负离子浓度。

多数载流子的特点是在电子能带中能级较浅，易于激发和移动。

2. 少数载流子：少数载流子是指数量较少的载流子，它们的浓度远远小于多数载流子的浓度。

在N型半导体中，少数载流
子为正离子，其浓度远远小于自由电子浓度；在P型半导体中，少数载流子为负离子，其浓度远远小于空穴浓度。

少数载流子的特点是在电子能带中能级较深，激发和移动需要较高的能量。

在半导体器件的工作过程中，多数载流子是主要的载流子，它们在外加电场的作用下，从一个区域移动到另一个区域，从而形成电流。

少数载流子在器件的工作中一般可以忽略，它们对电流的贡献较小。

第六章二极管与晶体管6.1半导体导电和导体导电的主要差别有哪几点？答：半导体导电和导体导电的主要差别有三点，一是参与导电的载流子不同，半导体中有电子和空穴参与导电，而导体只有电子参与导电；二是导电能力不同，在相同温度下，导体的导电能力比半导体的导电能力强得多；三是导电能力随温度的变化不同，半导体的导电能力随温度升高而增强，而导体的导电能力随温度升高而降低，且在常温下变化很小。

6.2杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是如何产生的？杂质半导体中少数载流子的浓度与本征半导体中载流子的浓度相比，哪个大？为什么？答：杂质半导体中的多数载流子主要是由杂质提供的，少数载流子是由本征激发产生的，由于掺杂后多数载流子与原本征激发的少数载流子的复合作用，杂质半导体中少数载流子的浓度要较本征半导体中载流子的浓度小一些。

6.3什么是二极管的死区电压？它是如何产生的？硅管和锗管的死区电压的典型值是多少？答：当加在二极管上的正向电压小于某一数值时，二极管电流非常小，只有当正向电压大于该数值后，电流随所加电压的增大而迅速增大，该电压称为二极管的死区电压，它是由二极管中PN的内电场引起的。

硅管和锗管的死区电压的典型值分别是0.7V和0.3V。

6.4为什么二极管的反向饱和电流与外加电压基本无关，而当环境温度升高时又显著增大？答：二极管的反向饱和电流是由半导体材料中少数载流子的浓度决定的，当反向电压超过零点几伏后，少数载流子全部参与了导电，此时增大反向电压，二极管电流基本不变；而当温度升高时，本征激发产生的少数载流子浓度会显著增大，二极管的反向饱和电流随之增大。

6.5怎样用万用表判断二极管的阳极和阴极以及管子的好坏。

答：万用表在二极管档时，红表笔接内部电池的正极，黑表笔接电池负极（模拟万用表相反），测量时，若万用表有读数，而当表笔反接时万用表无读数，则说明二极管是好的，万用表有读数时，与红表笔连接的一端是阳极；若万用表正接和反接时，均无读数或均有读数，则说明二极管已烧坏或已击穿。

)(10310-⨯cm广东工业大学考试试卷课程名称: 考试时间题 号 一评卷得分 评卷签名复核得分 复核签名一、（20分）名词解释（每题布喇菲格子，离子晶体，费仑克尔缺陷，施主能级，间接复合。

二、（10分）硅晶体为金刚石结构，晶格常数为位面积上的原子数。

三、（10分）已知一维晶体的电子能带可以写成 )(22a m h k E o =其中a 为晶格常数。

求能带的宽度。

四、（10分）晶格常数为场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。

五、（10分）设E 计算电子占据该能级的概率。

由此可以计算出单位面积上的原子数为四、晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。

[解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk=q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk∴t=⎰t dt 0=⎰a qE h 21dk =a qE h 21代入数据得：1、金刚石型结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。

每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。

2、闪锌矿型结构：闪锌矿型结构的晶胞，它是由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。

3、有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。

有效质量表达式为： 4、迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。

迁移率的表达式为：μ=q τ/m* 。

可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。

5、施主能级：通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被子施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。

9、受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。

习题解答【1-1】填空：1．本征半导体是，其载流子是和。

两种载流子的浓度。

2．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于，而少数载流子的浓度则与有很大关系。

3．漂移电流是在作用下形成的。

4．二极管的最主要特征是，与此有关的两个主要参数是和。

5．稳压管是利用了二极管的特征，而制造的特殊二极管。

它工作在。

描述稳压管的主要参数有四种，它们分别是、、、和。

6．某稳压管具有正的电压温度系数，那么当温度升高时，稳压管的稳压值将。

7．双极型晶体管可以分成和两种类型，它们工作时有和两种载流子参与导电。

8．场效应管从结构上分成和两种类型，它的导电过程仅仅取决于载流子的流动；因而它又称做器件。

9．场效应管属于控制型器件，而双极型晶体管是控制型器件。

10．当温度升高时，双极性晶体管的β将，反向饱和电流I CEO将，正向结压降U BE将。

11．用万用表判断电路中处于放大状态的某个晶体管的类型与三个电极时，测出最为方便。

12．晶体管工作有三个区域，在放大区时，应保证和；在饱和区，应保证和；在截止区，，应保证和。

13．当温度升高时，晶体管的共射输入特性曲线将，输出特性曲线将，而且输出特性曲线之间的间隔将。

解：1.完全纯净的半导体，自由电子，空穴，相等。

2.杂质浓度，温度。

3.少数载流子，(内)电场力。

4.单向导电性，正向导通压降U F和反向饱和电流I S。

5.反向击穿特性曲线陡直，反向击穿区，稳定电压（U Z），工作电流（I Emin），最大管耗（P Zmax）和动态电阻（r Z）6.增大;7.NPN，PNP，自由电子，空穴(多子，少子)。

8.结型，绝缘栅型，多数，单极型。

9.电压，电流。

10.变大，变大，变小。

11.各管脚对地电压;12.发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结正偏；发射结反偏，集电结反偏。

13.左移，上移，增大.。

【1-2】在图1-2的各电路图中，E =5V ，u i =10t ωsin V ，二极管D 视为理想二极管，试分别画出输出电压u o 的波形。

少数载流子寿命（Minority carriers life time）：（1）基本概念：载流子寿命就是指非平衡载流子的寿命。

而非平衡载流子一般也就是非平衡少数载流子（因为只有少数载流子才能注入到半导体内部、并积累起来，多数载流子即使注入进去后也就通过库仑作用而很快地消失了），所以非平衡载流子寿命也就是指非平衡少数载流子寿命，即少数载流子寿命。

例如，对n型半导体，非平衡载流子寿命也就是指的是非平衡空穴的寿命。

对n型半导体，其中非平衡少数载流子——空穴的寿命τ，也就是空穴的平均生存时间，1/τ就是单位时间内空穴的复合几率，Δp/τ称为非平衡空穴的复合率 (即n型半导体中单位时间、单位体积内、净复合消失的电子-空穴对的数目)；非平衡载流子空穴的浓度随时间的变化率为dΔp /dt =－Δp /τp, 如果τp与Δp 无关, 则Δp 有指数衰减规律：Δp = (Δp) exp( -t/τp ) 。

实验表明, 在小注入条件(Δp<<no+po) 下, 非平衡载流子浓度确实有指数衰减规律，这说明Δp(t +τp) = Δp(t)/e, Δp(t)│（t=τp） = Δpo , τp即是非平衡载流子浓度减小到原来值的1/e时所经历的时间；而且在小注入条件下, τp的确是与Δp无关的常数；利用这种简单的指数衰减规律即可测量出少数载流子寿命τp的值；同时可以证明，τp确实就是非平衡载流子的平均生存时间<t>。

应当注意的是，只有在小注入时非平衡载流子寿命才为常数，净复合率才可表示为－Δp/τp；并且在小注入下稳定状态的寿命才等于瞬态的寿命。

（2）决定寿命的有关因素：不同半导体中影响少数载流子寿命长短的因素，主要是载流子的复合机理（直接复合、间接复合、表面复合、Auger复合等）及其相关的问题。

对于Si、Ge等间接跃迁的半导体，因为导带底与价带顶不在Brillouin 区的同一点，故导带电子与价带空穴的直接复合比较困难（需要有声子等的帮助才能实现——因为要满足载流子复合的动量守恒），则决定少数载流子寿命的主要因素是通过复合中心的间接复合过程。

载流子的扩散运动2010-03-09 09:19:17| 分类：微电子物理| 标签：|字号大中小订阅(什么是扩散系数？什么是扩散长度？)作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)扩散是粒子在混乱热运动（布朗运动）基础之上的、在浓度梯度驱动之下的一种定向运动。

半导体中载流子的扩散与原子的扩散不同；少数载流子与多数载流子的扩散也不相同。

（1）载流子扩散与原子扩散的区别：半导体中载流子的扩散与原子的扩散，都是依靠浓度梯度所产生的一种定向运动；扩散流密度与浓度梯度成正比，其比例系数就是扩散系数（表征着扩散的快慢，单位是cm2/s）。

但是载流子扩散与原子扩散的机理不同。

载流子扩散是在不断遭受散射的情况下所产生的定向运动；而原子扩散是在晶体热缺陷的帮助下所产生的定向运动。

一般来说，温度越高，载流子遭受晶格振动的散射就越厉害，则扩散越慢；只有在低温下，晶格振动散射不大时，扩散才是随着温度的升高而加快（因为载流子的动能增加所致）。

而对于原子的扩散，温度越高，晶体热缺陷就越多（有指数关系），则扩散就越快；在低温下，几乎不产生热缺陷，则扩散也就慢得几乎无法进行。

在热扩散技术中，就是通过高温来进行掺杂的（掺入施主或者受主杂质原子）。

（2）少数载流子扩散：半导体载流子的扩散，主要是发生在少数载流子一方，而多数载流子的扩散往往可以忽略。

因为半导体电中性的要求，只有少数载流子才能形成一定的浓度梯度，并且尽管少数载流子浓度很小，但是却可以产生很大的浓度梯度。

并因此少数载流子的扩散运动可以导致出现很大的电流、热流等。

BJT就是依靠少数载流子工作的器件，其工作电流可以达到数百安培；而依靠多数载流子工作的场效应晶体管（FET），其工作电流却不一定很大。

也是由于半导体电中性的要求，多数载流子一般难以形成浓度梯度。

所以可以忽略多数载流子的扩散；但是多数载流子的漂移运动却很重要，因为在电场作用下所产生的漂移电流是与载流子浓度本身成正比的。

复习思考题与自测题第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。

答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。

当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。

组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。

2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。

答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。

惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。

4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。

5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。

模电简答题一、简答题：1、P/N型材料的掺杂特点？多数载流子和少数载流子分别是什么？受什么因素影响？（P型在硅晶体内掺入少量三价元素杂质，空穴为多子，自由电子为少子N型在硅晶体内掺入少量五价元素杂质，自由电子为多子，空穴为少子都受到掺入杂质的浓度影响。

）2、PN结扩散运动和漂移运动？（扩散运动：基于载流子的浓度差异和随机热运动，载流子会从高浓度区域向低浓度区域运动的现象叫扩散。

漂移：由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移。

）3、PN结内电场的方向？（从带正电的N区指向带负电的P区）4、二极管根据材料分，可分为哪两种？各自正向导通电压是多少？（硅材料二极管，正向导通电压0.7V锗材料二极管，正向导通电压0.2V）5、二极管的特性？二极管的正偏和反偏？（单向导向性：正向导通，反向截止。

正偏：外加电压的正端接半导体P区，负端接N区。

反偏：外加电压的正端接半导体N区，负端接P区。

）6、三极管在结构上包含有哪三个区？有哪几种放大组态？（基区、发射区、集电区共射极、共基极、共集电极）7、三极管有几种工作状态，在每种工作状态下，三极管的两个PN结处于什么状态？（截至区：集电结反偏、发射结不正偏饱和区：集电结不反偏、发射结正偏放大区：集电结反偏、发射结正偏）8、三极管的饱和失真和截止失真的波形特点？（P176）（饱和失真：如果静态工作点Q过高，V B E Q、I B Q过大，则BJT会在交流信号v b e正半周的峰值附近的部分时间内进入饱和区，引起i C、v C E及v c e 的波形失真。

截止失真：如果静态工作点Q过低，V B E Q、I B Q过小，则BJT会在交流信号v b e负半周的峰值附近的部分时间内进入截止区，引起i B、i C、v C E及v c e的波形失真。

）9、集成运算放大器由几部分组成?作用？（输入级由差分式放大电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率）10、理想运算放大器的特点？（AV趋近无穷大/Ri趋近无穷大/Ro趋近零）11、理想运算放大器工作在线性区时的两个特点？（虚短V p—V N虚断i+=i—=0）12、同相输入端和反相输入端的定义？（输入信号与输出信号符号相同为同相输入端，反之为反向输入端）13、零点漂移的产生原因？什么样的结构能够有效减小零点漂移？（P275）（环境温度变化、电源电压不稳导致半导体器件参数的变化最终导致放大电路静态工作点产生偏移。

习题解答【1-1】填空：1．本征半导体是，其载流子是和。

两种载流子的浓度。

2．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于，而少数载流子的浓度则与有很大关系。

3．漂移电流是在作用下形成的。

4．二极管的最主要特征是，与此有关的两个主要参数是和。

5．稳压管是利用了二极管的特征，而制造的特殊二极管。

它工作在。

描述稳压管的主要参数有四种，它们分别是、、、和。

6．某稳压管具有正的电压温度系数，那么当温度升高时，稳压管的稳压值将。

7．双极型晶体管可以分成和两种类型，它们工作时有和两种载流子参与导电。

8．场效应管从结构上分成和两种类型，它的导电过程仅仅取决于载流子的流动；因而它又称做器件。

9．场效应管属于控制型器件，而双极型晶体管是控制型器件。

10．当温度升高时，双极性晶体管的β将，反向饱和电流I CEO将，正向结压降U BE将。

11．用万用表判断电路中处于放大状态的某个晶体管的类型与三个电极时，测出最为方便。

12．晶体管工作有三个区域，在放大区时，应保证和；在饱和区，应保证和；在截止区，，应保证和。

13．当温度升高时，晶体管的共射输入特性曲线将，输出特性曲线将，而且输出特性曲线之间的间隔将。

解：1.完全纯净的半导体，自由电子，空穴，相等。

2.杂质浓度，温度。

3.少数载流子，(内)电场力。

4. 单向导电性，正向导通压降U F 和反向饱和电流I S 。

5. 反向击穿特性曲线陡直，反向击穿区，稳定电压（U Z ），工作电流（I Emin ），最大管耗（P Zmax ）和动态电阻（r Z ）6. 增大;7. NPN ，PNP ，自由电子，空穴(多子，少子)。

8. 结型，绝缘栅型，多数，单极型。

9. 电压，电流。

10. 变大，变大，变小。

11. 各管脚对地电压;12. 发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结正偏；发射结反偏，集电结反偏。

13. 左移，上移，增大.。

【1-2】在图1-2的各电路图中，E =5V ，u i =10t sin V ，二极管D 视为理想二极管，试分别画出输出电压u o 的波形。

电路与电子技术复习题第4章一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，而少数载流子的浓度则与温度有很大关系。

2、当PN结外加正向电压时，扩散电流大于漂移电流，耗尽层变窄。

当外加反向电压时，扩散电流小于漂移电流，耗尽层变宽。

3、在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

4、三极管处在放大区时，其集电结电压小于零，发射结电压大于零。

5、三极管的发射区杂质浓度很高，而基区很薄。

6、在半导体中，温度变化时少数载流子的数量变化较大，而多数载流子的数量变化较小。

7、三极管实现放大作用的内部条件是：发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；外部条件是：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。

8、工作在放大区的某三极管，如果当IB从12μA增大到22μA时，IC从1mA变为2mA，那么它的β约为100 。

9、三极管的三个工作区域分别是饱和区、放大区和截止区。

10、双极型三极管是指它内部的参与导电载流子有两种。

11、三极管工作在放大区时，它的发射结保持正向偏置，集电结保持反向偏置。

12、某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为-9V、-6V和-6.2V，则三极管的集电极是 A ，基极是 C ，发射极是 B 。

该三极管属于PNP 型，由锗半导体材料制成。

二、判断题1、由于P型半导体中含有大量空穴载流子，N型半导体中含有大量电子载流子，所以P型半导体带正电，N型半导体带负电。

（×）2、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。

（×）3、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。

（×）4、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。

（ × ）5、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。

（× ）三、选择题1、二极管加正向电压时，其正向电流是由（ a ）。

第一篇 习题 半导体中的电子状态1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。

1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。

1-3、 试指出空穴的主要特征。

1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。

1-5、某一维晶体的电子能带为[])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --=其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。

求：（1） 能带宽度；（2） 能带底和能带顶的有效质量。

第一篇 题解 半导体中的电子状态1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。

其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。

如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。

1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。

温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。

反之，温度降低，将导致禁带变宽。

因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。

1-3、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。

主要特征如下：A 、荷正电：+q ；B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）；C 、E P =-E nD 、m P *=-m n *。

1-4、 解：（1） Ge 、Si:a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ；b ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小；（2） GaAs ：a ）E g （300K ）= 1.428eV ， Eg (0K) = 1.522eV ；b ）直接能隙结构；c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ；1-5、 解：（1） 由题意得：[][])sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002220ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE+=-=eVE E E E a kd dE a k E a kd dE a k a k a k ka tg dk dE ooo o 1384.1min max ,01028.2)4349.198sin 34349.198(cos 1.0,4349.198,01028.2)4349.18sin 34349.18(cos 1.0,4349.184349.198,4349.1831,04002222400222121=-=∆<⨯-=+==>⨯=+====∴==--则能带宽度对应能带极大值。