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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. 2CP10C. 2CW11D.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 0.7VB. 大于 0.7VC. 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. 0VD. 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. 两种B. 三种C. 四种14．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 __（1）__，而少数载流子的浓度与 __（2）__有很大关系。
第一章、半导体器件
1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？
制成本征半导体是为了讲自然界中的半导体材料进行提纯，然后人工掺杂，通过控制掺杂的浓度就可以控制半导体的导电性，以达到人们的需求
2、为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？
导致半导体性能温度稳定性差的主要原因有二：β
（1）禁带宽度与温度有关（一般，随着温度的升高而变窄）；（2）少数载流子浓度与温度有关（随着温度的升高而指数式增加）。
多子。
3、为什么半导体器件有最高工作频率？
这是因为半导体器件的主要组成单元是PN结，PN结的显著特征是单向导电性，因为PN结的反向截止区是由耗尽层变宽导致截止，而这个过程是需要一定的时间的，如果频率太高导致时间周期小于截止时间就可能造成PN结失去单向导电性，导致半导体器件不能正常工作，所以半导体器件有最高工作频率的限制。
4、整流，是指将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。
5、为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？
虽然集电结是反偏的，虽然基极是开路的，但是，晶体管芯，是块半导体材料。
半导体材料，又不是绝缘体，加上电压，就有微弱的电流，这很正常。
从集电区向基区出现的“反向饱和电流Icbo”，在基极没有出路，就流向发射极了。
这一流动，就形成了一个Ib。
这个Ib，就引出了一个贝塔倍的Ic; 这个Ib和Ic之和，就是穿透电流Iceo，等于(1+贝塔)Icbo。
6、
展开。
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 —FRD）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。
第一章《半导体器件的基础知识》一、填空：1、半导体的导电能力随着（掺入杂质）、（光照）、（温度）和（输入电压和电流的改变）条件的不同而发生很大的变化，其中，提高半导体导电能力最有效的办法是（掺入杂质）。
2、（纯净的半导体）叫本征半导体。
3、半导体可分为（P ）型半导体和（N ）型半导体，前者( 空穴)是多子，（电子）是少子。
4、PN结加（正向电压）时导通，加（反向电压）时截止，这种特性称为（单向导电）性。
5、PN结的反向击穿可分为（电）击穿和（热）击穿，当发生（热）击穿时，反向电压撤除后，PN结不能恢复单向导电性。
6、由于管芯结构的不同，二极管可分为（点）接触型、（面）接触型、（平面）接触型三种，其中（点）接触型的二极管PN结面积（小），适宜半导体在高频检波电路和开关电路，也可以作小电流整流，面接触型和平面型二极管PN结接触面（大），载流量（大），适于在（大电流）电路中使用。
7、二极管的两个主要参数是（最大整流电流）和（最高反向电压）使用时不能超过，否则会损坏二极管。
8、在一定的范围内，反向漏电流与反加的反向电压（无关），但随着温度的上升而（上升），反向饱和电流越大，管子的性能就越（差）。
9、硅二极管的死区电压为（0、5）V，锗二极管的死区电压为（0、2）V。
10、三极管起放大作用的外部条件（发射结正偏）和（集电结反偏）11、晶体三极管具有电流放大作用的实质是利用（基极）电流实现对（集电极）电流的控制。
12、3DG8D表示（NPN型硅材料高频小功率三极管）；3AX31E表示（PNP型锗材料低频小功率三极管）。
13、三极管的恒流特性表现在（放大）区，在饱和区，三极管失去（放大）作用，集电结、发射结均（正）偏。
14 集---射击穿电压V（BR）CEO是指（基极开路）时集电极和发射极间所承受的最大反向电压，使用时，集电极电源电压应（＞）这个数值。
15三极管的三种基本联结方式可分为（共基极电路），（共集电极电路）和（共发射极电路）。
第一章半导体器件本章是本课程的基础，应着重掌握以下要点：（1）半导体的导电特性。
（2）PN结的形成及其单向导电性（3）三极管的结构、类型及其电流放大原理（4）三极管的特性及其主要参数本章内容：1.1 半导体基础知识1.2 PN结及半导体二极管1.3 半导体三极管课时授课教案一授课计划批准人：批准日期：课序： 1 授课日期：授课班次：课题：第一章第 1.1 节半导体基础知识目的要求： 1.了解本征半导体的结构和特征2.掌握杂质半导体的结构和特征3.牢固掌握P型和N型半导体的特点重点难点：重点P型和N型半导体的特点难点本征激发教学方法手段: 结合电子课件讲解教具：电子课件、计算机、投影屏幕复习提问 1.三、四、五价化学元素有哪些？2.惰性气体有何特点？课堂讨论 1.何谓本征半导体？其导电能力由什么因素决定。
2. P型和N型半导体的特点？3.半导体的导电能力与哪些因素有关？布置作业:课时分配:二.授课内容引言模拟电子电路的核心是半导体器件，而半导体器件是由半导体材料制成的。
因此，我们必须首先了解半导体的有关知识，尤其应当了解半导体的导电特性。
1.1.1导体、绝缘和半导体物质按其导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体。
一. 导体导电能力很强的物质，叫导体。
如低价元素铜、铁、铝等。
二.绝缘体导电能力很弱，基本上不导电的物质,叫绝缘体.如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料等.三. 半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，叫半导体。
如硅、锗等四价元素，其简化原子结构模型如图１.１所示。
为什么物质的导电能力有如此大的差别呢？这与它们的原子结构有关，即与它们的原子最外层的电子受其原子核束缚力的强弱有关。
１.１.２本征半导体纯净且呈现晶体结构的半导体，叫本征半导体。
一. 本征半导体结构通过特殊工艺加工，可以使硅或锗元素的原子之间靠共有电子对—共价键，形成非常规则的晶体点阵结构。
结果每个原子外层相对排满８个电子，形成相对稳定的状态。
这种结构整齐且单一的纯净半导体，叫本征半导体。
如图１-２所示二. 本征激发在常温下，由于热能的激发，使本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子。
同时，在共价键中留下一个空位，叫空穴。
这种产生自由电子和空穴对的现象，叫本征激发。
温度一定，自由电子和空穴对的浓度也一定。
由于本征激发而在本征半导体中存在一定浓度的自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷）对，故其具有导电能力，但其导电能力有限。
１.１.３杂质半导体在本征半导体中掺入适量且适当的其他元素（叫杂质元素），就形成杂质半导体，其导电能力将大大增强。
一.Ｎ型半导体在硅或锗本征半导体中掺入适量的五价元素（如磷），则磷原子与其周围相邻的四个硅或锗原子之间形成共价键后，还多出一个电子，这个多出的电子极易成为自由电子参与导电。
同时,因本征激发还产生自由电子和空穴对。
结果,自由电子成为多数载流子(称多子),空穴成为少数载流子(称少子)。
这种主要依靠多数载流子自由电子导电的杂质半导体，叫N型半导体，如图1-4所示。
二.P型半导体在硅或锗本征半导体中，摻入适量的三价元素（如硼），则硼原子与周围的四个硅或锗原子形成共价键后，还留有一个空穴。
同时，因本征激发还产生自由电子和空穴对。
结果，空穴成为多子，自由电子成为少子。
这种主要依靠多子空穴导电的杂质半导体，叫P型半导体。
如图1-5所示。
无外电场作用时，本征半导体和杂质半导体对外均呈现电中性，其内部无电流。
小结1.半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2.在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。
3.本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4.P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。
5.半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。
课时授课教案一授课计划批准人：批准日期：课序： 2 授课日期：授课班次：课题：第一章第 1.2 节 PN结及半导体二极管目的要求： 1.理解PN结的形成机理。
2.掌握PN结、二极管的单向导电特性3.了解稳压二极管和特种二极管的特点4.了解二极管和稳压二极管的用途重点难点：重点二极管的结构、特征和参数难点 PN结的形成教学方法手段: 结合电子课件讲解教具：电子课件、计算机、投影屏幕复习提问 1.半导体的导电能力与那些因素有关？2.P型和N型半导体的特点？课堂讨论 1.同温下，硅二极管和锗二极管的特性相同吗？2.同一只二极管，当温度不同时，其特性相同吗？3.PN结为何具有单向导电特性？布置作业:课时分配:二.授课内容引言本征半导体、P型和N型半导体都不能单独构成半导体器件，PN结才是构成半导体器件的基本单元。
1.2.1 PN结的形成在特殊工艺条件下，P型和N型半导体交界面处所形成的空间电荷区，称为PN结.一. 多数载流子的扩散在P型和N型半导体交界面两侧,电子和空穴的浓度差很大。
在浓度差的作用下，P区中的多子空穴向N区扩散,在P区一侧留下杂质负离子,在N区一侧集中正电荷;同时，N区中的多子自由电子向P区扩散，在N区一侧留下杂质正离子，在P区一侧集中负电荷。
结果，在P型和N型半导体交界面处形成空间电荷区，自建内电场ε内（从N区指向P区），如图1-6所示。
二. 少数载流子的漂移在内电场的作用下，P区中的少子自由电子向N区漂移，而N区中的少子空穴向P区飘移，使内电场削弱。
三. 扩散与漂移的动态平衡当内电场达到一定值时，多子的扩散运动与少子的漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区不再变化，这个空间电荷区，就称为PN结。
空间电荷区无载流子停留，故曰耗尽层，又叫阻挡层或势垒层。
无外电场作用时，PN结内部虽有载流子运动，但无定向电流形成。
1.2.2 PN结的单向导电特性一. PN结加正向电压PN结加正向电压（正偏）时，外电场与内电场反方向，使空间电荷区变窄，多子的扩散运动远大于少子的漂移运动，由浓度大的多子扩散形成较大的正向电流，PN结处于导通状态。
此时，其正向通态电阻很小，正向通态管压降也很小，如图1-7（a）所示。
二. PN结加反向电压PN结加反向电压（反偏）时，外电场与内电场同方向，使空间电荷区变宽，多子扩散运动大大减弱，而少子的漂移运动相对加强，由浓度很小的少子漂移形成很小的反向饱和电流IS,PN结处于截止状态。
此时，反向电阻很大。
如图1-7（b）所示。
PN结正偏时导通，反偏时截止，故具有单向导电特性。
其特性曲线如图1-8所示，电压U与电流I的关系式为I D =IS（1TPUUe）三，反向击穿当PN结所加反向电压达到UB 时，其反向电流急剧增加，叫反向击穿，UB叫击穿电压。
PN结有雪崩击穿和齐纳击穿两种击穿状态。
无论处于何种击穿时，反向电流只要不超过允许值，去掉反向电源后，仍能恢复单向导电性。
四，PN结的电容效应1.势垒电容CT当PN结的反偏电压变化时，空间电荷区随之变宽（相当于充入电荷）或变窄（相当于放出电荷），故具有电容效应，叫势垒电容，用CT表示。
2.扩散电容CD当PN结的正偏电压变化时，P区和N 区中多子的浓度和浓度梯度均随之变化，也具有一定的电容效应，叫扩散电容，用CD表示3.PN结的结电容CJC J =CT+CD正偏时，CD 起主要作用；反偏时，CT起主要作用。
1.2.3半导体二极管一，二极管的结构给PN结加上两个引线（管脚）和管壳即成二极管，接P区的管脚称阳极，接N区的管脚称阴极。
二，二极管的类型1.按结构区分，如图1-2所示点接触型：PN结面积小，工作电流小，PN结电容小，工作频率高。
面接触型：PN结面积大，工作电流大，PN结电容大，工作频率低。
2.按工作频率区分有高频管和低频管。
3.按功率区分有大功率管和小功率管。
4.按用途区分有普通管、整流管、稳压管、开关管等等。
三，二极管的特性1.正向特性，与PN结相同2.反向特性，与PN结相同3.击穿特性，与PN结相同4.温度特性，温度升高时，二极管的正反向特性曲线均向纵轴靠近，如图1-13所示。
四. 主要参数1.最大整流电流IF，又叫额定电流。
2.最大反向工作电压UR，又叫额定电压。
3.反向饱和电流IS。
4.反向电流IR，二极管未击穿时的电流值。
5.最高工作频率fM。
6.直流电阻RD ：RD=UD/IF，如图1-14所示。
7.交流电阻rd ：RD=ΔUD/ΔID=dud/did,如图1-15所示。
r d 系指某一工作点的动态电阻。
常温下，rd=UT/ID=26(mv)/IDQIDQ为直流工作点的电流，单位为mA1.2.4 稳压二极管一.结构结构与普通二极管相似，只是掺杂浓度比普通二极管大得多，通常为硅材料稳压二极管。
二.特性正向特性曲线与普通二极管的正向特性曲线相似；反响未击穿的特性曲线与普通二极管的反向击穿时的特性曲线相似。
但稳压二极管的反向击穿特性曲线很陡。
如图1-16所示。
三.参数1.稳定电压UZ2.稳定电流IZ3.额定功率PZ4.动态电阻rZ ，rZ=ΔUZ/ΔIZ，rZ很小。
5.电压温度系数α。
α=ΔUZ /Ut× 100%。
UZ>7V时，α为正温度系数；UZ<5V时，α为负温度系数；5V<UZ<7V时，α受温度的影响很小，α≈0.1.2.5特种二极管一. 发光二极管将电能转换为光能的半导体器件。
正偏时，有正向电流通过而发光，其正向通态管压降为1.8—2.2V.二. 光电二极管将光能转换为电能的半导体器件。
反向偏置下，当光线强弱改变时，光电二极管的反向电流随之改变。
三. 光电耦合器光电耦合器由光电二极管和发光二极管组合封装而成。
发光二极管为输入端，光电二极管输出端。
四. 变容二极管变容二极管的势垒电容随外加反向电压变化而变化。
小结1.PN结具有单向导电特性，用PN结可以制造成多种多样的半导体器件。
2.普通二极管、稳压二极管、特种二级管虽然都是由一个PN结构成的，但其内部结构并不完全相同，故其特性也不相同。
3.二极管的特性和参数与温度的关系非常密切，使用时应特别注意。
4.使用二极管时，不能超过其参数规定的额度。
课时授课教案一授课计划批准人：批准日期：课序： 3 授课日期：授课班次：课题：第一章第 1.3 节半导体三级管目的要求： 1.掌握三极管的结构特点和类型。
2.牢固掌握三极管的外部工作条件。
3.掌握三极管的特性曲线。
4.了解三极管的主要参数及其与温度的关系。
重点难点：重点三极管的特性难点三极管电流放大原理教学方法手段: 结合电子课件讲解教具：电子课件、计算机、投影屏幕复习提问 1.二极管具有什么特点？为什么？2.温度、管材对二极管的特性和参数有何影响？课堂讨论 1.三极管具有电流放大作用的内部依据和外部条件？2.三极管的特性曲线有三个区域，工作于各区域的条件？布置作业:课时分配:二.授课内容引言半导体三极管又称为晶体管或双极性三极管，是组成各种电子电路的核心器件。
