常用半导体器件练习题

pn结练习题

PN结是一种半导体器件，由P型半导体和N型半导体构成。它在现代电子技术中起着重要的作用。为了加深对PN结的理解和掌握，下面将提供一些PN结练习题，帮助读者巩固知识并扩展思维。

题1：

已知一个PN结，P区的掺杂浓度为1×10^17/cm^3，N区的掺杂浓度为5×10^15/cm^3。假设该PN结在室温下的内建电势为0.7V，求PN结的势垒电压。

解析：

PN结的势垒电压可以通过内建电势和温度相关的公式来计算。根据公式：

Vbi = Vt * ln(Na * Nd / ni^2)

其中，Vbi表示势垒电压，Vt表示温度（常数），Na和Nd分别表示P区和N区的掺杂浓度，ni表示本征载流子浓度。

根据已知条件，代入数值计算：

Vbi = 0.026 * ln(1×10^17 * 5×10^15 / (1.5×10^10)^2)

≈ 0.79V

所以，该PN结的势垒电压约为0.79V。

题2： 已知一个PN结工作在反向偏置状态下，P区的掺杂浓度为1×10^17/cm^3，N区的掺杂浓度为5×10^15/cm^3。假设该PN结的势垒电压为0.7V，求在该工作状态下的PN结的击穿电压。

解析：

PN结的击穿电压是指反向电压增大到一定程度时，PN结失去截止状态，电流迅速增大的临界电压。

在反向偏置状态下，PN结的击穿电压可通过以下公式计算：

Vbr = Vbi + Vr

其中，Vbr表示击穿电压，Vbi表示势垒电压，Vr表示反向电压。

根据已知条件，代入数值计算：

Vbr = 0.7 + Vr

所以，在该工作状态下，PN结的击穿电压为0.7V加上反向电压。

题3：

已知一个PN结工作在正向偏置状态下，P区的掺杂浓度为1×10^17/cm^3，N区的掺杂浓度为5×10^15/cm^3。假设该PN结的势垒电压为0.7V，求在该工作状态下的PN结的导通电流。

解析：

PN结在正向偏置状态下，会有导通电流。PN结的导通电流可以通过Shockley方程来计算： I = Is * (exp(Vf / (Vt * n)) - 1)

1 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： 2 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：

1 第一章 固体晶格结构

1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是

。

2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。

3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。

4．什么是晶体？晶体主要分几类？

5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？

答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。常用的掺杂方法有扩散和离子注入。

6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？

7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？

第二章 量子力学初步

1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。

2．什么是概率密度函数？

3．描述原子中的电子的四个量子数是： 、 、 、 。

第三章 固体量子理论初步

1．能带的基本概念

 能带（energy band）包括允带和禁带。

 允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。

 禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。

 允带又分为空带、满带、导带、价带。

 空带（empty band）：不被电子占据的允带。

 满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。

导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。

价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。

2．什么是漂移电流？

漂移电流：漂移是指电子在电场的作用下的定向运动，电子的定向运动所产生的电流。

3．什么是电子的有效质量？

晶格中运动的电子，在外力和内力作用下有：

Ｆ总＝Ｆ外＋Ｆ内=ma, m是粒子静止的质量。

Ｆ外=m*na, m*n称为电子的有效质量。

4．位于能带底的电子，其有效质量为正，位于能带顶电子，其有效质量为负。

第1章 常用半导体器件

一．选择题

1、 半导体导电的载流子是____C____，金属导电的载流子是_____A__。

A．电子 B．空穴 C．电子和空穴 Ｄ．原子核

2、 在纯净半导体中掺入微量3价元素形成的是___A_____型半导体。

A. P B. N C. PN D. 电子导电

3、 纯净半导体中掺入微量5价元素形成的是____B____型半导体。

A. P B. N C. PN D. 空穴导电

4、 N型半导体多数载流子是 B ，少数载流子是 A ；P型半导体中多数载流子是

A ，少数载流子是 B 。

A．空穴 B．电子 Ｃ．原子核 Ｄ．中子

5、 杂质半导体中多数载流子浓度取决于 D ，少数载流子浓度取于 B 。

A．反向电压的大小 B．环境温度 C．制作时间 D．掺入杂质的浓度

6、 PN结正向导通时，需外加一定的电压U，此时，电压U的正端应接PN结的 A ，负端应接PN结 B 。

A．P区 B．N区

7、 二极管的反向饱和电流主要与 B 有关。(当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。)

A．反向电压的大小 B．环境温度 C．制作时间 D．掺入杂质的浓度

8、二极管的伏安特性曲线反映的是二极管 A 的关系曲线。

A．VD-ID B．VD-rD C．ID-rD D．f-ID

9、用万用表测量二极管的极性，将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻很小（几千欧以下），则黑表笔所接电极为二极管的 C 。