第一章半导体元件及其特性

半导体物理与器件(尼曼第四版)答案第一章：半导体材料与晶体1.1 半导体材料的基本特性半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料。

它的基本特性包括：1.带隙：半导体材料的价带与导带之间存在一个禁带或带隙，是电子在能量上所能占据的禁止区域。

2.拉伸系统：半导体材料的结构是由原子或分子构成的晶格结构，其中的原子或分子以确定的方式排列。

3.载流子：在半导体中，存在两种载流子，即自由电子和空穴。

自由电子是在导带上的，在外加电场存在的情况下能够自由移动的电子。

空穴是在价带上的，当一个价带上的电子从该位置离开时，会留下一个类似电子的空位，空穴可以看作电子离开后的痕迹。

4.掺杂：为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。

掺杂是将少量元素添加到半导体材料中，以改变载流子浓度和导电性质。

1.2 半导体材料的结构与晶体缺陷半导体材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。

晶体结构是指材料具有有序的周期性排列的结构，而非晶态结构是指无序排列的结构。

晶体结构的特点包括：1.晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞在三维空间中重复排列。

2.晶格常数是晶胞边长的倍数，用于描述晶格的大小。

3.晶体结构可分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。

晶体结构中可能存在各种晶体缺陷，包括：1.点缺陷：晶体中原子位置的缺陷，主要包括实际缺陷和自间隙缺陷两种类型。

2.线缺陷：晶体中存在的晶面上或晶内的线状缺陷，主要包括位错和脆性断裂两种类型。

3.面缺陷：晶体中存在的晶面上的缺陷，主要包括晶面位错和穿孔两种类型。

1.3 半导体制备与加工半导体制备与加工是指将半导体材料制备成具有特定电性能的器件的过程。

它包括晶体生长、掺杂、薄膜制备和微电子加工等步骤。

晶体生长是将半导体材料从溶液或气相中生长出来的过程。

常用的晶体生长方法包括液相外延法、分子束外延法和气相外延法等。

掺杂是为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。

常用的掺杂方法包括扩散法、离子注入和分子束外延法等。

1-1半导体的基本知识课 题：半导体基本知识教学目的、要求：1、了解半导体的导电特性； 2、掌握PN 结及其单向导电性。

教学重点、难点：1、PN 结形成的过程；（难点） 2、PN 结的单向导电性。

（重点） 授 课 方 法：多媒体课件讲授，提纲及重点板书。

授 课 提 纲：教 学 内 容： 组织教学准备教学材料，清点学生人数。

（课前2分钟） 引入新课半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。

常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。

半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。

从本节课开始，我们先从半导体的基本知识开始，介绍常用的半导体器件。

要求大家本征半导体的特点，掌握PN 结的形成及单向导电性。

（2分钟） 进入新课第一章 常用半导体器件§1-1 半导体的基本知识【板书】一、什么是半导体【板书】1、物质按导电能力的分类【标题板书+内容多媒体】（8分钟）自然界中的物质按其导电能力可以分为三大类：导体、绝缘体和半导体。

物质的导电特性取决于原子结构。

⑴导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属，其最外层电子受原子核的束缚力很小，因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

因此在外电场作用下，这些电子产生定向移动形成电流，呈现出较好的导电特性。

⑵绝缘体：高价元素（如惰性气体）和高分子物质（如橡胶，塑料）最外层电子受原子核的束缚力很强，极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子，所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。

⑶半导体：半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚,成为自由电子,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧,因此，半导体的导电特性介于二者之间。

半导体有硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs）及金属的氧化物和硫化物。

最常用的是硅和锗。

2、半导体的特点【标题板书+内容多媒体】（5分钟）半导体之所以被用来制造电子元器件，不是在于它的导电能力处于导体与绝缘体之间，而是由于它的导电能力在外界某种因素作用下发生显著的变化，这种特点表现如下：⑴半导体的电导率可以因为加入杂质而发生显著的变化。

第一章半导体基础知识〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。

首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。

其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。

然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。

〖本章学时分配〗本章分为4讲，每讲2学时。

第一讲常用半导体器件一、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。

半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9Ω∙cm。

典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。

2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。

制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。

在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。

3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。

当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。

这一现象称为本征激发（也称热激发）。

因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。

游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。

在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。

4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。

第一章 半导体器件• 考核内容：填空与选择; 二极管应用分析1、半导体特性：导电导特性；载流子类型；N 型和P 型掺杂情况、带电情况等。

2、半导体二极管：特性；应用电路。

3、三极管：三个工作区对应特点；判断工作状态；由电极电位判断类型、电极等。

4、稳压管工作特点 一、填空1杂质半导体可分为P 型半导体和N 型半导体，其中P 型半导体多数载流子为 ，而N 型半导体的多数载流子 。

2、稳压管是特殊的二极管，它一般工作在 状态。

3、当温度降低时,晶体三极管的变化规律是β值将 （变大、减小或不变）。

4、半导体根据其掺入不同的杂质，可形成和 两种类型的半导体，由它们组成的二极管最重要的特性是 。

1 、N 型半导体的多数载流子是电子，因此它（ ）。

(a) 带负电 (b) 带正电 (c) 不带 电 2、当温度升高时，半导体的导电能力将（ ）。

(a) 增 强 (b) 减 弱 (c) 不 变3、半导体二极管的主 要特点是具有（ ）。

(a) 电流放大作用(b) 单向导电性 (c) 电压放大作用 4、理想二极管的正向电阻为（ ）。

(a) 零 (b) 无穷大 (c) 约几千 欧5、二极管接在电路中， 若测得a 、b 两端电位如图所示，则 二 极管工作状态为（ ）。

(a) 导 通 (b) 截 止 (c) 击 穿6、如果把 一个小功率二极管直接同一个电源电压 为1.5V 、内阻为零的电池实行正向连接，电路如 图所示，则后果是该管（ ）。

(a) 击穿(b) 电流为零(c) 电流正常(d)电流大使管子烧坏7、 电路如图所示 ，二极管D 为理想元件，U S =5 V ，则 电 压u O=（ ）。

(a) U s (b) U S / 2 (c) 零8、电路如图所示, 所有二极管均为理想元件，则D1、D2、D3的工作状态为（ ）。

(a) D1导通，D2、D 3截止-6.3VDu O(b) D1、D2截止 ， D3导通(c) D1、D3截止， D2导通(d) D1、D2、D3均截止9、型号为2CP10 的硅二极管正向导通后的 正向压降约为（ c ）。

电路中的半导体器件与元件特性电路中的半导体器件与元件特性是现代电子技术的基石之一。

它们在各种电子设备中发挥着至关重要的作用，比如计算机、手机、电视等。

本文将介绍一些常见的半导体器件和元件特性，并探讨它们对电路性能的影响。

1. 二极管二极管是最简单的一种半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。

其主要特性是单向导电性，即只允许电流从P端流向N端。

二极管具有正向导通和反向截止两种状态，其正向导通电压和反向截止电流是二极管的重要参数。

二极管在电路中常用于整流、开关和保护等功能。

2. 晶体管晶体管是一种由三个或更多层P型和N型半导体材料组成的器件。

它具有放大和开关控制电流的能力。

晶体管的主要特性包括放大倍数、饱和电流和截止电流等。

晶体管在电路中广泛应用于放大器、开关、振荡器等电子设备中。

3. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应晶体管，它与普通晶体管相比具有更好的性能和较低的功耗。

MOSFET的主要特性包括漏极电流、门电压和开启电压等。

MOSFET在现代集成电路中扮演着至关重要的角色，使得高性能、低功耗的电子设备成为可能。

4. 电容器电容器是一种具有储存电荷能力的电子元件。

它由两个导电板之间的绝缘材料组成，具有存储和放电电荷的特性。

电容器的主要参数包括容量、电压和介电损耗等。

电容器在电路中广泛用于滤波、隔离和储能等功能。

5. 电阻器电阻器是一种能产生电阻的电子元件，用于限制电流流过的器件。

电阻器的主要特性是电阻值和功率耗散。

电阻器可以用于电流限制、电平适配和信号调整等功能。

通过研究和理解半导体器件和元件特性，我们可以更好地设计和优化电路，提高电子设备的性能和可靠性。

此外，我们还能够深入了解电路中的能量转换和信号处理过程，为创新和提供解决方案提供有力支持。

总之，电路中的半导体器件和元件特性是电子技术的重要组成部分，对电路性能起着至关重要的作用。

通过深入研究和理解这些特性，我们能够更好地应用和优化这些器件，推动电子技术的发展。