半导体基本器件及应用电路

半导体器件及基本放大电路练习题

1. 如图1-1所示的基本放大电路中，静态分析时，欲使得集电极电流增大，应该如何调整电路？

（A）减小CR （B）增大CR （C）减小BR （D）增大BR

UccuuoiCTBRCR12C

2. 在某电路中，测得晶体管三个管脚间的电压值分别为：V2.0BEU，V5ECU，V8.4BCU，则此晶体管的类型和材料分别是什么？

（A）PNP型，锗管 （B）PNP型，硅管 （C）NPN型，锗管 （D）NPN型，硅管

3. 如图1-1所示为放大电路及其输入电压iu和输出电压ou波形。试问输出电压ou产生了何种类型的失真？如何调节电阻BR可以消除这种失真？

（A）产生了截止失真，应减小BR以消除失真（B）产生了饱和失真，应减小BR以消除失真；

（C）产生了截止失真，应增大BR以消除失真；（D）产生了饱和失真，应增大BR以消除失真

UccuuoiCTBRCR12Ctuit00mV()V()uo4. 晶体管起放大作用的外部条件是什么？

（A）发射结正偏，集电结正偏； （B）发射结正偏，集电结反偏； （C）发射结反偏，集电结正偏； （D）发射结反偏，集电结反偏；

参考答案：1.C 2.A. 3.D.4.B

5.（ X ）在P型半导体中，由于空穴是多数载流子，因此只存在空穴导电一种导电方式。

6.（ ∨ ）稳压二极管起稳定电压的作用，工作于反向击穿区。

7.（ X ）如果某放大电路的输出信号产生饱和失真，则一定是由于静态工作点不适合。

8.（ X ）在N型半导体中，空穴是多数载流子，而自由电子是少数载流子。

9.（ ∨ ）引起零点漂移的原因很多，其中温度的影响是最严重的。

石墨烯半导体器件领域应用

摘要：鉴于石墨烯机械稳定性高、化学性质稳定、透光率高，而且具有高效的电子迁移率，将会在未来的光电子器件中作为透明传导薄膜发挥越来越重要的作用，尤其是在目前火热研究的半导体器件领域。

关键词：驰飞超声波；超声波纳米制备装置；石墨烯

石墨烯是一种二维晶体管，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯

硅基集成电路芯片技术正在逼近摩尔定律的物理极限，于是半导体纳米材料与技术成了纳米科技中研究最为活跃、应用最为广泛的前沿领域。二维纳米材料石墨烯的发现为新型半导体器件的设计与制备注入了新活力。科学家预言石墨烯可望替代硅材料成为后摩尔时代半导体器件发展的重要角色。

实验室已经发展了多种石墨烯的制备方法，如化学气相沉积法、液相剥离法、氧化还原石墨法、热分解法。其中氧化还原石墨法已比较成熟，氧化石墨的层间距为0．7～1．2nm，比纯石墨的层间距大，有利于其他物质的插人进而使其分散，再进行还原后可得到石墨烯，过程操作简单，成本较低，但由于氧化石墨还原不彻底等原因，所得到的石墨烯结晶程度和规整度均有缺陷。

驰飞超声波研发超声波纳米制备装置，驰飞超声波以天然鳞片石墨为原料，氧化插层制备可膨胀石墨，微波热解膨胀后，对膨胀石墨进行二次氧化插层，并微波膨胀，之后采用超声波纳米制备装置制备出含量大少层数碳原子的石墨烯纳米片。采用超声波纳米制备装置制备的石墨烯纳米片纯度高、制备工序简单，能够完全还原氧化的石墨烯解决了传统氧化还原法制取的石墨烯存在的缺陷，且易于实现规模化工业生产。

相关产业　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　１欧姆接触激光退火　拳罴俺器傩　瀑　糜羼　张魁武　欧姆接触是半导体器件的重要组成，退火是制　备欧姆接触的关键工序。起着决定接点性能的作用。　激光退火与普通退火相比有其优越性：一是加热时　间短。能获得超高浓度的掺杂层；二是加热限于局　部表面浅层，不会影响周围元件的物理性能；三是　能得到半球形相当深的（约５００ｎｍ）、满足工作需要　的接触区　１．１　Ｗ／Ｉｎ／Ｇｅ－ＧａＡｓ接触退火　外层的钨（厚约１００ｎｍ）对波长１０６０ｎｍ激光辐射　的光谱吸收因数较高，第二层铟（厚约４０ｎｍ）在接　触区形成三元窄禁带化合物半导体。第三层锗作为　掺杂剂（厚约４０ｎｍ）。　用金属有机化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）外延生长　法制备一组半导体构件，在ｎ型ＧａＡｓ基体上制成不同　厚度的未掺杂纯ＧａＡｓ层，见表１。为了进行比较。取　一块没有外延层的ＧａＡｓ片（编号５７）。激光退火用Ｑ　开关Ｎｄ：ＹＡＧ激光器（入＝１０６４ｎｍ，Ｔ＝３５０ｎｓ，ｆ＿－　５００Ｈｚ），氩气防护，工作台运动速度０．４ｍｍ／ｓ。在能　量密度ＥＬ＝０．０９—０．１５Ｊ／ｃｍ　时，得到的比接触电阻尺　见　表１【ｌＪｎ　表１　欧姆接触结构和最佳接触电阻　外延层厚度　ＥＬ　编号　欧姆接触结构　Ｒ，　／，０・ｃｍ　／ｎＩｎ　／（Ｊ／ｃｍ２）　５７　ＧａＡｓ：Ｔｅ　０　０．０９　６．７２×１０—　７８Ｂ　ＧａＡｓ：Ｔｅ／ＧａＡｓ未掺杂　２７０　０．０９　８　５８×１０—　１５６Ａ　ＧａＡｓ：Ｔｅ／ＧａＡｓ未掺杂　４６５　０　０９　６．１４×１０—　１５７Ａ　ＧａＡｓ：Ｔｅ／ＧａＡｓ未掺杂　８３０　０　１５　１．０９×１０一　１５９Ａ　ＧａＡｓ：Ｔｅ／ＧａＡｓ未掺杂　１６５０　０．１２　１．１５×１０—　４７Ａ　ＧａＡｓ：Ｔｅ／ＧａＡｓ未掺杂　２０００　０．０９　１．７３×１０一　比接触电阻尺　的测量使用改进的四点法。图１是　激光能量密度　对比接触电阻尺　的影响。编号５７、　７８Ｂ、１５６Ａ在Ｅ￣－－０．０９Ｊ／ｃｍ　时，尺ｃ具有最小值，在（６　９）ｘｌ０　Ｑ・ｃｍ　范围内。编号１５７Ａ最ｄｘＲｃ出现在ＥＬ＝　Ｏ．１５Ｊ／ｃｍ　时，１５９Ａ和４７Ａ未出现最小值，它们的Ｒｃ＝　（１　５）ｘｌ０　・ｃｍ　。由表１可知，外延层厚度小于　８３０ｎｍ，比接触电阻较低。编号１５９Ａ和４７Ａ的外延层　较厚，比接触电阻值较高。将１５９Ａ和４７Ａ经ＡＢ腐蚀　剂（１Ｏｍｌ　Ｈ２０，４０ｍｇ　ＡｇＮＯ３，５ｇ　ＣｒＯ３，８ｍｌ　ＨＦ）　腐蚀５ｓ，进行电子显微镜和电子探针分析。经分析得　到，表层为含Ｗ、Ｉｎ、Ｇｅ的合金化区，第二层不含　Ｗ．第三层只有Ｇａ和Ａｓ　１０。。　１０Ｉ．　ａ　１０。’　呈１０－　巡　１０　０　０．０２　０．０４　０．０６　０．０８　０．１０　０．１２　０．１４　能　密度／（Ｊ／ｃｍ２）　图１激光能量密度对比接触电阻的影响　１．２　ＡｕＧｅ－ＧａＡｓ接触退火　使用Ｑ开关钕玻璃激光器（Ａ＝Ｉ．０６１￣ｍ），其光子　能量小于ＧａＡｓ的带隙能（１．４ｋｅＶ），背向辐射激光束　穿过ＧａＡｓ基体，直接加热金属和半导体界面。使用　比正向辐射较低的能量密度退火。激光退火消除了　一般热退火接点金属和ＧａＡｓ基体不完全浸润及接点　金属内扩散等问题　在掺Ｓｉ的抛光＜１００＞ＧａＡｓ片上蒸镀３０　１２０ｎｍ厚的　Ａｕ—Ｇｅ（１２％，质量分数）薄膜。使用Ｑ开关钕玻璃　激光器，脉宽２０ｎｓ，在空气中单脉冲辐照，光束经石　英扩束棒处理，得到能量均匀分布的光斑『２１。另进行　４５０￣（２ｘ６０ｓ氢中热退火，以作比较。　激光退火、热退火合金化和蒸镀态的３０ｎｍ　Ａｕ—　Ｇｅ接触的ＲＢＳ谱，如图２所示。热退火合金化的ＧａＡｓ　与Ａｕ膜完全混合形成共晶熔化层。ＧａＡｓ扩散进人Ａｕ　膜，导致接触层表面粗糙，边缘清晰度下降。在激　光能量密度为０．１Ｊ／ｃｍ　时，退火接点的光谱与蒸镀态　没有差别，表明ＧａＡｓ与接点金属混合很少。随能量　７４　ＷＭＥＭ　

功率半导体器件的基本功能和用途

功率半导体器件（Power Semiconductor Device），也可以叫做电力半导体器件，或者电力电子器件，属于电力电子技术的范畴。现代电力电子器件有时包括介电材料和磁性材料等构成的电容、电感元件，但在此我们特指功率半导体器件。

根据IEEE（电气和电子工程师协会）的一般定义，电力电子技术是有效地使用功率半导体器件，应用电路和设计理论以及分析方法工具，实现对电能的高效变换和控制的一门技术。电力电子技术始于20世纪70年代，经历40多年的发展，已经成为现代工业社会的支撑技术之一。

电力电子技术离不开电力电子变换器（Power Converter）。电力电子变换器是进行电力特征形式变换的电力电子电路和装置的总称，它有如下4种基本模式：直-交（DC/AC）逆变模式、交-交（AC/AC）变频模式、交-直（AC/DC）整流模式和直-直（DC/DC）变换模式。

电力电子变换器的形式多种多样，但一般以功率半导体器件、不同拓扑形式的电路和不同的控制策略作为基本组成元素，也称为“变换器三要素”。图1为一个典型的电力电子变换器示意图。

功率半导体器件是电力电子技术及其应用装置的基础，是推动电力电子变换器发展的主要源泉。功率半导体器件处于现代电力电子变换器的心脏地位，它对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用。40年来，普通晶闸管（Thyristor，SCR）、门极关断晶闸管（GTO）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）先后成为功率半导体器件的发展平台。能称为“平台”者，一般是因为它们具备以下几个特点：①长寿性，即产品生命周期长；②渗透性，即应用领域宽；③派生性，即可以派生出多个相关新器件家属。

电力电子变换器的功率等级覆盖范围非常广泛，包括小功率范围（几W到几kW），如笔记本电脑、冰箱、洗衣机、空调等；中功率范围（10kW到几MW），如电气传动、新能源发电等；大功率范围（高达几GW），如高压直流（HVDC）输电系统等。