半导体例题答案
- 格式:doc
- 大小:213.00 KB
- 文档页数:9
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。
半导体物理与器件课后练习题含答案1. 简答题1.1 什么是p型半导体?答案: p型半导体是指通过加入掺杂物(如硼、铝等)使得原本的n型半导体中含有空穴,从而形成的半导体材料。
具有p型性质的半导体材料被称为p型半导体。
1.2 什么是n型半导体?答案: n型半导体是指通过加入掺杂物(如磷、锑等)使得原本的p型半导体中含有更多的自由电子,从而形成的半导体材料。
具有n型性质的半导体材料被称为n型半导体。
1.3 什么是pn结?答案: pn结是指将p型半导体和n型半导体直接接触形成的结构。
在pn结的界面处,p型半导体中的空穴和n型半导体中的自由电子会相互扩散,形成空间电荷区,从而形成一定的电场。
当外加正向电压时,电子和空穴在空间电荷区中相遇,从而发生复合并产生少量电流;而当外加反向电压时,电场反向,空间电荷区扩大,从而形成一个高电阻的结,电流几乎无法通过。
2. 计算题2.1 若硅片的掺杂浓度为1e16/cm³,电子迁移率为1350 cm²/Vs,电离能为1.12 eV,则硅片的载流子浓度为多少?解题过程:根据硅片的掺杂浓度为1e16/cm³,可以判断硅片的类型为n型半导体。
因此易知载流子为自由电子。
根据电离能为1.12 eV,可以推算出自由电子的有效密度为:n = N * exp(-Eg / (2kT)) = 6.23e9/cm³其中,N为硅的密度,k为玻尔兹曼常数(1.38e-23 J/K),T为温度(假定为室温300K),Eg为硅的带隙(1.12 eV)。
因此,载流子浓度为1e16 + 6.23e9 ≈ 1e16 /cm³。
2.2 假设有一n+/p结的二极管,其中n+区的掺杂浓度为1e19/cm³,p区的掺杂浓度为1e16/cm³,假设该二极管在正向电压下的漏电流为1nA,求该二极管的有效面积。
解题过程:由于该二极管的正向电压下漏电流为1nA,因此可以利用肖特基方程计算出它的开启电压:I = I0 * (exp(qV / (nkT)) - 1)其中,I0为饱和漏电流(假定为0),q为电子电荷量,V为电压,n为调制系数(一般为1),k为玻尔兹曼常数,T为温度。
(完整版)半导体及其应用练习题及答案题目一1. 半导体是什么?答案:半导体是介于导体和绝缘体之间的材料,在温度适当时具有导电性能。
2. 半导体的价带和导带分别是什么?答案:半导体中的价带是电子离子化合物的最高能级,而导带是能够被自由电子占据的能级。
3. 简要解释半导体中的P型和N型材料。
答案:P型半导体是通过向半导体中掺杂三价元素,如硼,来创建的,在P型材料中电子少,因此存在空穴。
N型半导体是通过向半导体中掺杂五价元素,如磷,来创建的,在N型材料中电子多,因此存在自由电子。
题目二1. 解释PN结是什么?答案:PN结是由一个P型半导体和一个N型半导体通过熔合而形成的结构,其中P型半导体中的空穴与N型半导体中的自由电子结合,形成一个边界处的耗尽区域。
2. 简要描述PN结的整流作用是什么?答案:PN结的整流作用是指在正向偏置电压下,电流可以流过PN结,而在反向偏置电压下,电流几乎不会流过PN结。
3. 什么是PN结的击穿电压?答案:PN结的击穿电压是指当反向偏置电压达到一定程度时,PN结中会发生电击穿现象,导致电流迅速增加。
题目三1. 解释场效应晶体管(MOSFET)是什么?答案:场效应晶体管是一种半导体器件,可以用于控制电流的流动,其结构包括源极、漏极和栅极。
2. 简要描述MOSFET的工作原理。
答案:MOSFET的工作原理是通过栅极电场的变化来控制其上的沟道区域导电性,从而控制漏极和源极之间的电流的流动。
3. MOSFET有哪些主要优点?答案:MOSFET的主要优点包括体积小、功耗低、响应速度快和可靠性高等。
半导体物理试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间,这是由于()。
A. 半导体的原子结构B. 半导体的电子结构C. 半导体的能带结构D. 半导体的晶格结构答案:C2. 在半导体中,电子从价带跃迁到导带需要()。
A. 吸收能量B. 释放能量C. 吸收光子D. 释放光子答案:A3. PN结形成的基础是()。
A. 杂质掺杂B. 温度变化C. 压力变化D. 磁场变化答案:A4. 半导体器件中的载流子主要是指()。
A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 光子答案:C5. 半导体的掺杂浓度越高,其导电性能()。
A. 越好B. 越差C. 不变D. 先变好再变差答案:A二、填空题(每题2分,共20分)1. 半导体的导电性能可以通过改变其________来调节。
答案:掺杂浓度2. 半导体的能带结构中,价带和导带之间的能量差称为________。
答案:带隙3. 在半导体中,电子和空穴的复合现象称为________。
答案:复合4. 半导体器件中的二极管具有单向导电性,其导通方向是从________到________。
答案:阳极阴极5. 半导体的PN结在外加正向电压时,其内部电场会________。
答案:减弱三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述半导体的掺杂原理。
答案:半导体的掺杂原理是指通过向半导体材料中掺入少量的杂质元素,改变其电子结构,从而调节其导电性能。
掺入的杂质元素可以是施主杂质(如磷、砷等),它们会向半导体中引入额外的电子,形成N型半导体;也可以是受主杂质(如硼、铝等),它们会在半导体中形成空穴,形成P型半导体。
2. 描述PN结的工作原理。
答案:PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的结构。
在PN结中,P型半导体的空穴会向N型半导体扩散,而N型半导体的电子会向P型半导体扩散。
由于扩散作用,会在PN结的交界面形成一个内建电场,该电场会阻止更多的载流子通过PN结。
第8章 半导体表面与MIS 结构2.对于电阻率为8cm Ω⋅的n 型硅,求当表面势0.24s V V =-时耗尽层的宽度。
解:当8cm ρ=Ω⋅时:由图4-15查得1435.810D N cm -=⨯∵22D d s rs qN x V εε=-,∴1022()rs s d D V x qN εε=-代入数据:11141352219145211.68.85100.24 4.9210()()7.3101.610 5.8109.2710d x cm -----⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯⨯3.对由电阻率为5cm Ω⋅的n 型硅和厚度为100nm 的二氧化硅膜组成的MOS 电容,计算其室温(27℃)下的平带电容0/FB C C 。
解:当5cm ρ=Ω⋅时,由图4-15查得143910D N cm -=⨯;室温下0.026eV kT =,0 3.84r ε=(SiO 2的相对介电系数) 代入数据,得:1141/20002197722110.693.84(11.68.85100.026)11()11.6 1.61010010310FBr rs rs A C C kT q N d εεεε---===⨯⨯⨯+⋅+⨯⨯⨯⨯⨯此结果与图8-11中浓度为1⨯1015/cm 3的曲线在d 0=100nm 的值非常接近。
4. 导出理想MIS 结构的开启电压随温度变化的表示式。
解:按定义,开启电压U T 定义为半导体表面临界强反型时加在MOS 结构上的电压,而MOS结构上的电压由绝缘层上的压降U o 和半导体表面空间电荷区中的压降U S (表面势)两部分构成,即oST S Q U U C =-+ 式中,Q S 表示在半导体表面的单位面积空间电荷区中强反型时的电荷总数,C o 单位面积绝缘层的电容,U S 为表面在强反型时的压降。
U S 和Q S 都是温度的函数。
以p 型半导体为例,强反型时空间电荷区中的电荷虽由电离受主和反型电子两部分组成,且电子密度与受主杂质浓度N A 相当,但反型层极薄,反型电子总数远低于电离受主总数,因而在Q S 中只考虑电离受主。
半导体物理习题答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子,K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即:v(k)= -v(-k),并解释为什么无外场时,晶体总电流等于零。
解:K状态电子的速度为:(1)同理,-K状态电子的速度则为:(2)从一维情况容易看出:(3)同理有:(4)(5)将式(3)(4)(5)代入式(2)后得:(6)利用(1)式即得:v(-k)= -v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关,即:E(k)=E(-k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同,且v(k)=-v(-k)故这两个状态上的电子电流相互抵消,晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成:式中,a为晶格常数。
试求:(2)能带底部和顶部电子的有效质量。
解:(1)由E(k)关系(1)(2)令得:当时,代入(2)得:对应E(k)的极小值。
当时,代入(2)得:对应E(k)的极大值。
根据上述结果,求得和即可求得能带宽度。
故:能带宽度(3)能带底部和顶部电子的有效质量:习题与思考题: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。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV,晶格常数a=5×10-11m。
求:(2)能带底和能带顶的有效质量。
6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7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响?8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?9 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10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。
半导体物理复习题一、选择题1.硅晶体结构是金刚石结构,每个晶胞中含原子个数为(D)P1A.1B.2C.4D.82.关于本征半导体,下列说法中错误的是(C)P65A.本征半导体的费米能级E F=E i基本位于禁带中线处B.本征半导体不含有任何杂质和缺陷C.本征半导体的费米能级与温度无关,只决定于材料本身D.本征半导体的电中性条件是qn0=qp03.非平衡载流子的复合率定义为单位时间单位体积净复合消失的电子-空穴对数。
下面表达式中不等于复合率的是(D)P130A. B. C. D.4.下面pn结中不属于突变结的是(D)P158、159A.合金结B.高表面浓度的浅扩散p+n结C.高表面浓度的浅扩散n+p结D.低表面浓度的深扩散结5.关于pn结,下列说法中不正确的是(C)P158、160A.pn结是结型半导体器件的心脏。
B.pn结空间电荷区中的内建电场起着阻碍电子和空穴继续扩散的作用。
C.平衡时,pn结空间电荷区中正电荷区和负电荷区的宽度一定相等。
6.对于小注入下的N型半导体材料,下列说法中不正确的是(B)P128A. B. C. D.7.关于空穴,下列说法不正确的是(C)P15A.空穴带正电荷B.空穴具有正的有效质量C.空穴同电子一样都是物质世界中的实物粒子D.半导体中电子空穴共同参与导电8.关于公式,下列说法正确的是(D)P66、67A.此公式仅适用于本征半导体材料B.此公式仅适用于杂质半导体材料C.此公式不仅适用于本征半导体材料,也适用于杂质半导体材料D.对于非简并条件下的所有半导体材料,此公式都适用9.对于突变结中势垒区宽度,下面说法中错误的是(C)P177A.p+n结中B.n+p结中C.与势垒区上总电压成正比D.与势垒区上总电压的平方根成正比10.关于有效质量,下面说法错误的是(D)P13、14A.有效质量概括了半导体内部势场的作用B.原子中内层电子的有效质量大,外层电子的有效质量小C.有效质量可正可负D.电子有效质量就是电子的惯性质量。
第一章1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量 E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为E c (k)=0212022)(3m k k h m k h −+ E v (k)=01262m k h -0223m k h0m 为电子有效质量,k 1=1/2a ,a=0.314nm 。
试求:(1) 禁带宽度;(2) 导带底电子有效质量; (3) 价带顶电子有效质量;(4) 价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
解:(1) 分别求出导带底与价带顶的极值,然后计算禁带宽度E g由dk K dE C )(=0 得 01202)(232m k k h m k h −+=0 k=3k 1/4因为22)(dkK E d C >0 ( k=3k 1/4时) 所以E C min =02124m k h 由dk K dEv )(=0 得 -026m kh =0 k=0 因为22)(dk K Ev d <0 (k=0时) 所以 E v max =01262m k h E g =E C min - E v max =2212m k h (2) 有效质量公式 :m n *=222/dk E d h那么导带底有效质量 m n *=222/dk E d h c =02022/23/2m h m h h + =830m (3) 价带顶有效质量 m n *=222/dk E d h v =022/6m h h −= -60m (4) 价带顶在k=0处,导带底在k=3k 1/4处。
故电子从价带顶跃迁到导带底时 ∆k=3k 1/4∆p=h ∆k=ah83跃迁过程准动量变化ah83。
2.晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/m ,107V/m 的电场时,试分析计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
解:分析一个电子的情况,设电子所受的外力为F 。
那么在F 作用下,电子的波矢不断发生变化。
F=dt dk h 得 dt=Fhdk 电子冲能带底运动到能带顶,那么k :0—>a 21t=∫tdt 0=∫a dk F h 2/10)/( F=qE当外加电场强度为102V/m 时 t=∫tdt 0=∫a dk F h 2/10)/(=F h a 21=aqE h2=21993410106.11025.0210625.6××××××−−− =8.28×10-8s当外加电场强度为107V/m 时 t=∫tdt 0=∫a dk F h 2/10)/(=F h a 21=aqE h2=71993410106.11025.0210625.6××××××−−− =8.28×10-13s 第二章2.以As 掺入Ge 中为例,说明什么是施主杂质,施主杂质电离过程和n 型半导体。
半导体物理试题库及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 在半导体中,电子从价带跃迁到导带所需能量的最小值称为:A. 禁带宽度B. 费米能级C. 载流子浓度D. 电子亲和能答案:A2. 下列哪种半导体材料的禁带宽度大于硅?A. 锗B. 砷化镓C. 硅D. 碳化硅答案:D3. PN结在正向偏置时,其导电性能主要取决于:A. 电子B. 空穴C. 杂质D. 复合答案:B4. 半导体器件中,二极管的导通电压通常为:A. 0.2VB. 0.7VC. 1.5VD. 3.3V答案:B5. 在半导体物理学中,霍尔效应可以用来测量:A. 载流子浓度B. 载流子迁移率C. 载流子类型D. 所有以上答案:D二、多项选择题(每题3分,共15分)1. 下列哪些因素会影响半导体的载流子浓度?(多选)A. 温度B. 光照C. 杂质浓度D. 材料类型答案:ABCD2. 半导体器件的能带结构包括:A. 价带B. 导带C. 禁带D. 费米能级答案:ABC3. 下列哪些是半导体材料的特性?(多选)A. 导电性介于导体和绝缘体之间B. 导电性随温度升高而增加C. 导电性随光照强度增加而增加D. 导电性随杂质浓度增加而增加答案:ABCD三、填空题(每空1分,共20分)1. 半导体材料的导电性可以通过掺杂来改变,其中掺入____类型的杂质可以增加载流子浓度。
答案:施主2. 在PN结中,当外加电压的方向与PN结内电场方向相反时,称为______偏置。
答案:反向3. 半导体材料的导电性随温度升高而______。
答案:增加4. 半导体器件的能带结构中,价带和导带之间的区域称为______。
答案:禁带5. 霍尔效应测量中,当载流子受到垂直于电流方向的磁场作用时,会在垂直于电流和磁场的方向上产生______。
答案:霍尔电压四、简答题(每题5分,共10分)1. 简述半导体材料的导电机制。
答案:半导体材料的导电机制主要涉及价带中的电子获得足够能量跃迁到导带,从而成为自由电子,同时在价带中留下空穴。
半导体期末试题及答案[第一部分:选择题]1. 西格玛公司的闸流体是一种常见的半导体器件,其特点是:A. 具有较大的工作电压和电流B. 可以在高频率下工作C. 具有较大的输入电阻和输出电流D. 可以作为开关来控制电流答案:D2. 对于半导体材料来说,硅的能隙是:A. 0.7eVB. 1.1eVC. 1.4eVD. 1.7eV答案:C3. 在PN结的空间电荷区,以下哪个说法是正确的?A. N区内由于施主杂质的存在,有较多的自由电子B. P区内由于受主杂质的存在,有较多的空穴C. 空间电荷区中,有较多的固定正、负离子D. 空间电荷区中,能级呈谷布尔分布答案:C4. 当PN结处于正向偏置时,以下说法正确的是:A. P区电子进入N区B. N区电子进入P区C. P区空穴进入N区D. N区空穴进入P区答案:B5. 以下关于晶体管的说法,错误的是:A. 晶体管由三个电极组成,分别是基极、发射极和集电极B. PNP型晶体管的发射区域是N区C. PNP型晶体管的集电区域是P区D. 晶体管是一种电流放大器件答案:A[第二部分:填空题]1. 临界击穿电压是指______。
答案:PN结电容器击穿时所需要的最小电压。
2. 在增强型N沟道MOSFET中,当栅极电压大于门槽压的时候,沟道位置______。
答案:低电位区(Depletion Region)3. 理想二极管的伏安特性曲线是一条______。
答案:指数函数曲线。
4. 晶体管的三个工作区分别是______。
答案:截止区、放大区、饱和区。
5. TTL门电路是由______和______两种类型的晶体管构成。
答案:NPN型晶体管和PNP型晶体管。
[第三部分:计算题]1. 一台功率为500W的LED照明灯需要工作电压为3.5V、工作电流为100mA的LED作为光源。
计算此照明灯所需的串并联关系和所需电阻值。
设LED的工作电压为Vf,工作电流为If。
串联LED的总电压为Us,并联LED的总电流为Ip。
一、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
(1)在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改型为P型半导体。
()(2)因为N型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。
()(3)PN结在无光照、无外加电压时,结电流为零。
()(4)处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的。
()解:(1)√(2)×(3)√(4)×二、选择正确答案填入空内。
(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)稳压管的稳压区是其工作在。
A. 正向导通B.反向截止C.反向击穿(3)当晶体管工作在放大区时,发射结电压和集电结电压应为。
A. 前者反偏、后者也反偏B. 前者正偏、后者反偏C. 前者正偏、后者也正偏解:(1)A (2)C (3)B三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值,设二极管导通电压U D=0.7V。
图T1.3解:U O1≈1.3V,U O2=0,U O3≈-1.3V,U O4≈2V,U O5≈1.3V,U O6≈-2V。
四、已知稳压管的稳压值U Z=6V,稳定电流的最小值I Zmin=5mA。
求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
图T1.4解:U O1=6V ,U O2=5V 。
五、电路如图所示,V CC =15V ,β=100,U BE =0.7V 。
试问: (1)R b =50k Ω时,u O =? (2)若T 临界饱和,则R b ≈? 解:(1)R b =50k Ω时,基极电流、集电极电流和管压降分别为26bBEBB B =-=R U V I μAV 2mA6.2 C C CC CE B C =-===R I V U I I β所以输出电压U O =U CE =2V 。
(2)设临界饱和时U CES =U BE =0.7V ,所以Ω≈-====-=k 4.45A6.28mA 86.2BBEBB b CB c CESCC C I U V R I I R U V I μβ六、选择合适答案填入空内。
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度,则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度,则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度,则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时,它是( B )能级,在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时,它是( C )能级,在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中,当温度升高时,电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大,变小 ;B、变小,变大;C、变小,变小;D、变大,变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中,AB段代表( A),CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为:( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料,光照在材料中会产生非平衡载流子,若光照忽然停止t??后,其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
半导体物理习题答案 The document was prepared on January 2, 2021第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子,K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即:v(k)= -v(-k),并解释为什么无外场时,晶体总电流等于零。
解:K状态电子的速度为:(1)同理,-K状态电子的速度则为:(2)从一维情况容易看出:(3)同理有:(4)(5)将式(3)(4)(5)代入式(2)后得:(6)利用(1)式即得:v(-k)= -v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关,即:E(k)=E(-k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同,且v(k)=-v(-k)故这两个状态上的电子电流相互抵消,晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成:式中,a为晶格常数。
试求:(1)能带的宽度;(2)能带底部和顶部电子的有效质量。
解:(1)由E(k)关系(1)(2)令得:当时,代入(2)得:对应E(k)的极小值。
当时,代入(2)得:对应E(k)的极大值。
根据上述结果,求得和即可求得能带宽度。
故:能带宽度(3)能带底部和顶部电子的有效质量:习题与思考题: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。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV,晶格常数a=5×10-11m。
求:(1)能带宽度;(2)能带底和能带顶的有效质量。
6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7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响8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9 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10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。
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度,则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度,则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度,则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时,它是( B )能级,在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时,它是( C )能级,在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中,当温度升高时,电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大,变小 ;B、变小,变大;C、变小,变小;D、变大,变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中,AB段代表( A),CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为:( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料,光照在材料中会产生非平衡载流子,若光照忽然停止t??后,其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
第一部分考试试题第 0 章绪论1.什么叫半导体集成电路2.按照半导体集成电路的集成度来分,分为哪些类型,请同时写出它们对应的英文缩写3.按照器件类型分,半导体集成电路分为哪几类4.按电路功能或信号类型分,半导体集成电路分为哪几类5.什么是特征尺寸它对集成电路工艺有何影响6.名词解释:集成度、 wafer size 、die size 、摩尔定律第 1 章集成电路的基本制造工艺1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用2.在制作晶体管的时候,衬底材料电阻率的选取对器件有何影响。
3.简单叙述一下 pn结隔离的 NPN晶体管的光刻步骤4.简述硅栅 p阱 CMOS的光刻步骤5.以 p阱 CMOS工艺为基础的 BiCMOS的有哪些不足6.以 N阱 CMOS工艺为基础的 BiCMOS的有哪些优缺点并请提出改进方法。
7.请画出 NPN晶体管的版图,并且标注各层掺杂区域类型。
8.请画出 CMOS反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输入输出端子。
第 2 章集成电路中的晶体管及其寄生效应1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略。
2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应3.什么是 MOS晶体管的有源寄生效应4.什么是 MOS晶体管的闩锁效应,其对晶体管有什么影响5.消除“ Latch-up ”效应的方法6.如何解决 MOS器件的场区寄生 MOSFET效应7.如何解决 MOS器件中的寄生双极晶体管效应第 3 章集成电路中的无源元件1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些2.集成电路中常用的电容有哪些。
3.为什么基区薄层电阻需要修正。
4.为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。
5.运用基区扩散电阻,设计一个方块电阻 200 欧,阻值为 1K的电阻,已知耗散功率为 20W/c ㎡ ,该电阻上的压降为 5V,设计此电阻。
第 4 章 TTL 电路1.名词解释电压传输特性开门/ 关门电平逻辑摆幅过渡区宽度输入短路电流输入漏电流静态功耗瞬态延迟时间瞬态存储时间瞬态上升时间瞬态下降时间瞬时导通时间2.分析四管标准 TTL 与非门(稳态时)各管的工作状态3.在四管标准与非门中,那个管子会对瞬态特性影响最大,并分析原因以及带来那些困难。
习题1-1 (1)什么是P 型半导体?什么是N 型半导体?(2)什么是PN 结?其主要特性是什么?(3)如何使用万用表欧姆档判别二极管的好坏与极性?(4)为什么二极管的反向电流与外加反向电压基本无关,而当环境温度升高时会明显增大? (5)把一节1.5V 的电池直接到二极管的两端,会发生什么情况?判别二极管的工作状态 解:(1) 在本征半导体内掺入受主杂质,得到P 型半导体;在本征半导体内掺入施主杂质,得到N 型半导体。
(2) 将P 型半导体与N 型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN 结。
PN 结具有单向导电性。
(3) 用欧姆档,测两次电阻(正反测),看电阻有无很大的出入,若有则说明是好的。
当测得电阻很大的时候,对应的红表笔对应的是阴极。
(4) 由于二极管的反向电流是由少子漂移产生的,浓度很低,反向电流很容易达到饱和,不随外加电压变化,或说变化很小。
当温度升高时,本征激发增加,少子赠短,反向饱和电流增大。
(5) 不能,普通二极管是不能的,一般导通电压为0.7V ,加到1.5V 说明二极管导通了,此时二极管相当于导线,二极管将由于电流过大烧坏,但是二极管有很多分类,有的发光二极管却可以这样接。
1-2 二极管电路如题1-2图所示,D 1、D 2为理想二极管,判断图中的二极管是导通还是截止,并求AO 两端的电压U AO 。
题1-2图解:(a )假设D 1截止电位V U D 6-=+,V U D 12-=-(由于假设D 1截止,电阻电流=0),V U U U D D D 6=-=-+,则假设不成立,D 1导通,因此V U AO 6-=。
(b)假设D 1截止电位V U D 15-=+,V U D 12-=-(由于假设D 1截止,电阻电流=0),(a)3K 6VD 112VAO(c)O12V D 2D 13K Ω6VA(c)3K 15VD 112VAO(d)O12VD 2D 13K Ω6VA。
一、选择1.与半导体相比较,绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量(比半导体的大);2.室温下,半导体Si 掺硼的浓度为1014cm -3,同时掺有浓度为1.1×1015cm -3的磷,则电子浓度约为(1015cm -3 ),空穴浓度为(2.25×105cm -3),费米能级为(高于E i );将该半导体由室温度升至570K ,则多子浓度约为(2×1017cm -3),少子浓度为(2×1017cm -3),费米能级为(等于E i )。
3.施主杂质电离后向半导体提供(电子),受主杂质电离后向半导体提供(空穴),本征激发后向半导体提供(空穴、电子);4.对于一定的n 型半导体材料,温度一定时,减少掺杂浓度,将导致(E F )靠近E i ;5.表面态中性能级位于费米能级以上时,该表面态为(施主态);6.当施主能级E D 与费米能级E F 相等时,电离施主的浓度为施主浓度的(1/3)倍;重空穴是指(价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴)7.硅的晶格结构和能带结构分别是(金刚石型和间接禁带型)8.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体(各元胞对应点出现的几率相同)。
9.本征半导体是指(不含杂质与缺陷)的半导体。
10.简并半导体是指((E C -E F )或(E F -E V )≤0)的半导体11.3个硅样品的掺杂情况如下:甲.含镓1×1017cm -3;乙.含硼和磷各1×1017cm -3;丙.含铝1×1015cm -3这三种样品在室温下的费米能级由低到高(以E V 为基准)的顺序是(甲丙乙)12.以长声学波为主要散射机构时,电子的迁移率μn 与温度的(B 3/2次方成反比)13.公式*/q m μτ=中的τ是载流子的(平均自由时间)。
14.欧姆接触是指(阻值较小并且有对称而线性的伏-安特性)的金属-半导体接触。
15.在MIS 结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压,在栅极电压由负值增加到足够大的正值的的过程中,如半导体为P 型,则在半导体的接触面上依次出现的状态为(多数载流子堆积状态,多数载流子耗尽状态,少数载流子反型状态)。
一、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
(1)在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改型为P型半导体。
()(2)因为N型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。
()
(3)PN结在无光照、无外加电压时,结电流为零。
()
(4)处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的。
()
解:(1)√(2)×(3)√(4)×
、
二、选择正确答案填入空内。
(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)稳压管的稳压区是其工作在。
A. 正向导通
B.反向截止
C.反向击穿
(3)当晶体管工作在放大区时,发射结电压和集电结电压应为。
A. 前者反偏、后者也反偏
B. 前者正偏、后者反偏
,
C. 前者正偏、后者也正偏
解:(1)A (2)C (3)B
三、写出图所示各电路的输出电压值,设二极管导通电压U D=。
图
】
解:U O1≈,U O2=0,U O3≈-,U O4≈2V,U O5≈,U O6≈-2V。
四、已知稳压管的稳压值U Z=6V,稳定电流的最小值I Zmin=5mA。
求图所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
图
解:U O1=6V ,U O2=5V 。
#
五、电路如图所示,V CC =15V ,β=100,U BE =。
试问: (1)R b =50k Ω时,u O = (2)若T 临界饱和,则R b ≈ 解:
(1)R b =50k Ω时,基极电流、集电极电流和管压降分别为
26b
BE
BB B =-=
R U V I μA
;
V 2mA
6.2 C C CC CE B C =-===R I V U I I β
所以输出电压U O =U CE =2V 。
(2)设临界饱和时U CES =U BE =,所以
Ω≈-=
===-=k 4.45A
6.28mA 86.2B
BE
BB b C
B c CES
CC C I U V R I I R U V I μβ
六、选择合适答案填入空内。
(1)在本征半导体中加入 元素可形成N 型半导体,加入 元素可形成P 型半导体。
A. 五价
B. 四价
C. 三价 (2)当温度升高时,二极管的反向饱和电流将 。
!
A. 增大
B. 不变
C. 减小
(3)工作在放大区的某三极管,如果当I B从12μA增大到22μA时,I C从1mA变为2mA,那么它的β约为。
A. 83
B. 91
C. 100
解:(1)A ,C (2)A (3)C
七、能否将的干电池以正向接法接到二极管两端为什么
解:不能。
因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系,当端电压为时,管子会因电流过大而烧坏。
八、电路如图所示,已知u i=10sinωt(v),试画出u i与u O的波形。
设二极管正向导通电压可忽略不计。
?
解:u i和u o的波形如解图所示。
九、电路如图(a)所示,其输入电压u I1和u I2的波形如图(b)所示,二极管导通电压U D=。
试画出输出电压u O的波形,并标出幅值。
)
十、现有两只稳压管,它们的稳定电压分别为6V 和8V ,正向导通电压为。
试问: (1)若将它们串联相接,则可得到几种稳压值各为多少 (2)若将它们并联相接,则又可得到几种稳压值各为多少 解:(1)两只稳压管串联时可得、、和14V 等四种稳压值。
#
(2)两只稳压管并联时可得和6V 等两种稳压值。
(据说有十种电压值)
十一、已知稳压管的稳定电压U Z =6V ,稳定电流的最小值I Zmin =5mA ,最大功耗P ZM =150mW 。
试求图所示电路中电阻R 的取值范围。
解:稳压管的最大稳定电流 I ZM =P ZM /U Z =25mA
电阻R 的电流为I ZM ~I Zmin ,所以其取值范围为
Ω=-=
k 8.136.0Z
Z
I ~I U U R
、
12、 已知图所示电路中稳压管的稳定电压U Z =6V ,最小稳定电流I Zmin =5mA ,最大稳定电流I Zmax =25mA 。
(1)分别计算U I 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压U O 的值;
(2)若U I =35V 时负载开路,则会出现什么现象为什么
解:(1)当U I =10V 时,若U O =U Z =6V ,则稳压管的电流为4mA ,小于其最小稳定电流,所以稳压管未击穿。
故
V
33.3I L
L
O ≈⋅+=
U R R R U
当U I =15V 时,稳压管中的电流大于最 小稳定电流I Zmin ,所以,不接负载电阻时: U O =U Z =6V
接入负载电阻后,若稳压值为6V ,负载电流为6/=12mA ,流过限流电阻的电流最小为12mA ,其压降为12V ,稳压管电压为3V ,不能稳定在6V ,所以,稳压管没有击穿,负载电压为5V 。
当U I =35V 时,U O =U Z =6V 。
\ (2)
=
-=R U U I )(Z I D Z 29mA >I ZM =25mA ,稳压管将因功耗过大而损坏。
13、 在图所示电路中,发光二极管导通电压U D =,正向电流在5~15mA 时才能正常工作。
试问:
(1)开关S 在什么位置时发光二极管才能发光 (2)R 的取值范围是多少 解:(1)S 闭合。
(2)R 的范围为。
Ω=-=Ω
≈-=700)(233)(Dmin D max Dmax D min I U V R I U V R :
14、 电路如图(a )、(b )所示,稳压管的稳定电压U Z =3V ,R 的取值合适,u I 的波形如图(c )所示。
试分别画出u O1和u O2的波形。
解:波形如解图所示
!
15、有两只晶体管,一只的β=200,I CEO=200μA;另一只的β=100,I CEO=10μA,其它参数大致相同。
你认为应选用哪只管子为什么
解:选用β=100、I CBO=10μA的管子,因其β适中、I CEO较小,因而温度稳定性较另一只管子好。
16、已知两只晶体管的电流放大系数β分别为50和100,现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示。
分别求另一电极的电流,标出其实际方向,并在圆圈中画出管子。
|
解:答案如解图所示。
17、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。
在圆圈中画出管子,并分别说明它们是硅管还是锗管。
)
解:晶体管三个极分别为上、中、下管脚,答案如解表所示。
管号T1?
T2
T3T4T5T6
上e c)
e
b c b
中b b b~
e
e e
下c e c c[
b
c 管型PNP NPN NPN PNP PNP—
NPN
材料
Si Si Si Ge Ge Ge
$
18、 电路如图所示,晶体管导通时U BE =,β=50。
试分析V BB 为0V 、1V 、三种情况下T 的工作状态及输出电压u O 的值。
解:(1)当V BB =0时,T 截止,u O =12V 。
(2)当V BB =1V 时,因为
60
b
BEQ
BB BQ =-=
R U V I μA
[
V 9mA
3 C CQ CC O BQ CQ =-===R I V u I I β 所以T 处于放大状态。
(3)当V BB =3V 时,因为
160
b
BEQ
BB BQ =-=
R U V I μA
BE C CQ O BQ CQ mA
8 U R I V u I I CC <-===β
所以T 处于饱和状态。
19、电路如图所示,试问β大于多少时晶体管饱和 解:取U CES =U BE ,若管子饱和,则
C
b C
BE
CC b BE CC R R R U V R U V ββ=-=-⋅
所以,
100C
b
=≥
R R β时,管子饱和。
20、电路如图所示,晶体管的β=50,|U BE |=,饱和管压降|U CES |=;稳压管的稳定电压U Z =5V ,正向导通电压U D =。
试问:当u I =0V 时u O =当u I =-5V 时u O = 解:当u I =0时,晶体管截止,稳压管击穿,u O =-U Z =-5V 。
当u I =-5V 时,晶体管饱和,u O =。
因为
mA 24μA 480B C b
BE
I B ===-=
I I R U u I β
CC C C CC EC V R I V U <-=
21、分别判断图所示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。
解:(a )可能 (b )可能 (c )不能
(d )不能,T 的发射结会因电流过大而损坏。
(e )可能。