第14章 二极管和晶体管
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《半导体物理与器件》习题库目录《半导体物理与器件》习题库 (1)第1章思考题和习题 (2)第2章思考题和习题 (3)第3章思考题和习题 (6)第4章思考题和习题 (10)第5章半导体器件制备技术 (12)第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:(a)计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
(b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅,室温下计算:(a)光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子,是否为小注入?为什么?(b)附加光电导率△σ为多少?(c)画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。
半导体器件物理课后作业第二章对发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件,请选择其中的4个器件,简述它们的工作原理和应用场合。
解:发光二极管它是半导体二极管的一种,是一种固态的半导体器件,可以把电能转化成光能;常简写为LED。
工作原理:发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短;反之,则发出的光的波长越长。
应用场合:常用的是发红光、绿光或黄光的二极管,它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作(交通)指示灯以及居家LED节能灯。
光电二极管光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性,但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
工作原理:普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光,而电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子—空穴对,称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流迅速增大到几十微安,光的强度越大,反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管(Power Diode)在20世纪50年代初期就获得应用,当时也被称为半导体整流器;它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同,都以半导体PN结为基础,实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件,其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中。
其反向恢复时间较长,一般在5s以上,其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
半导体器件物理施敏答案【篇一:施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》施敏 s.m.sze,男,美国籍,1936年出生。
台湾交通大学电子工程学系毫微米元件实验室教授,美国工程院院士,台湾中研院院士,中国工程院外籍院士,三次获诺贝尔奖提名。
学历:美国史坦福大学电机系博士(1963),美国华盛顿大学电机系硕士(1960),台湾大学电机系学士(1957)。
经历:美国贝尔实验室研究(1963-1989),交通大学电子工程系教授(1990-),交通大学电子与资讯研究中心主任(1990-1996),国科会国家毫微米元件实验室主任(1998-),中山学术奖(1969),ieee j.j.ebers奖(1993),美国国家工程院院士(1995), 中国工程院外籍院士 (1998)。
现崩溃电压与能隙的关系,建立了微电子元件最高电场的指标等。
施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名,对半导体元件的发展和人才培养方面作出了重要贡献。
他的三本专著已在我国翻译出版,其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国文字,发行量逾百万册;他的著作广泛用作教科书与参考书。
由于他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖(ebers奖),称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。
施敏院士多次来国内讲学,参加我国微电子器件研讨会;他对台湾微电子产业的发展,曾提出过有份量的建议。
主要论著:1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,1981.3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,2002.5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,305 pages, wiley, new york,20036. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,1991.7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.课程内容及参考书:施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics ofsemiconductor device》中的一、四、六章内容,具体内容如下:chapter 1: physics and properties of semiconductors1.1 introduction 1.2 crystal structure1.3 energy bands and energy gap1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and exampleschapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors4.1 introduction4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitorchapter 6: mosfets6.1 introduction6.2 basic device characteristics6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm,iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材:? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductordevice》,third edition参考书:? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductordevices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智施敏老师半导体器件物理课程时间安排半导体器件物理课程为期三周,每周六学时,上课时间和安排见课程表:北京交通大学联系人:李修函手机:138******** 邮件:lixiuhan@案2013~2014学年第一学期院系名称:电子信息工程学院课程名称:微电子器件基础教学时数: 48授课班级: 111092a,111092b主讲教师:徐荣辉三江学院教案编写规范教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上,经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。
半导体器件习题及答案(总14页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1第1章 半导体器件一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错)1、P 型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。
( )2、N 型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。
( )3、在N 型半导体中,掺入高浓度的三价杂质可以发型为P 型半导体。
( )4、P 型半导体带正电,N 型半导体带负电。
( )5、N 型半导体的多数载流子是电子,所以它带负电。
( )6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。
( )7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。
( )8、施主杂质成为离子后是正离子。
( )9、受主杂质成为离子后是负离子。
( )10、PN 结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。
( )11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。
( )12、由于PN 结交界面两边存在电位差,所以,当把PN 结两端短路时就有电流流过。
( )13、PN 结在无光照、无外加电压时,结电流为零。
( )14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外,还可以描述二极管的反向击穿特性。
( )15、通常的BJT 管在集电极和发射极互换使用时,仍有较大的电流放大作用。
( )16、有人测得某晶体管的U BE =,I B =20μA ,因此推算出r be =U BE /I B =20μA=35kΩ。
( )17、有人测得晶体管在U BE =,I B =5μA ,因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =Ω。
( )18、有人测得当U BE =,I B =10μA 。
考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到0.6060()100BE be B U r k I ∆-===Ω∆-( )二、选择题(注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度(0K )时,本征半导体中_________ 载流子。
第六章二极管与晶体管6.1半导体导电和导体导电的主要差别有哪几点?答:半导体导电和导体导电的主要差别有三点,一是参与导电的载流子不同,半导体中有电子和空穴参与导电,而导体只有电子参与导电;二是导电能力不同,在相同温度下,导体的导电能力比半导体的导电能力强得多;三是导电能力随温度的变化不同,半导体的导电能力随温度升高而增强,而导体的导电能力随温度升高而降低,且在常温下变化很小。
6.2杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是如何产生的?杂质半导体中少数载流子的浓度与本征半导体中载流子的浓度相比,哪个大?为什么?答:杂质半导体中的多数载流子主要是由杂质提供的,少数载流子是由本征激发产生的,由于掺杂后多数载流子与原本征激发的少数载流子的复合作用,杂质半导体中少数载流子的浓度要较本征半导体中载流子的浓度小一些。
6.3什么是二极管的死区电压?它是如何产生的?硅管和锗管的死区电压的典型值是多少?答:当加在二极管上的正向电压小于某一数值时,二极管电流非常小,只有当正向电压大于该数值后,电流随所加电压的增大而迅速增大,该电压称为二极管的死区电压,它是由二极管中PN的内电场引起的。
硅管和锗管的死区电压的典型值分别是0.7V和0.3V。
6.4为什么二极管的反向饱和电流与外加电压基本无关,而当环境温度升高时又显著增大?答:二极管的反向饱和电流是由半导体材料中少数载流子的浓度决定的,当反向电压超过零点几伏后,少数载流子全部参与了导电,此时增大反向电压,二极管电流基本不变;而当温度升高时,本征激发产生的少数载流子浓度会显著增大,二极管的反向饱和电流随之增大。
6.5怎样用万用表判断二极管的阳极和阴极以及管子的好坏。
答:万用表在二极管档时,红表笔接内部电池的正极,黑表笔接电池负极(模拟万用表相反),测量时,若万用表有读数,而当表笔反接时万用表无读数,则说明二极管是好的,万用表有读数时,与红表笔连接的一端是阳极;若万用表正接和反接时,均无读数或均有读数,则说明二极管已烧坏或已击穿。
半导体例题及习题第⼀章半导体⼆极管、三极管例题解析例1-1 求图1.1电路中的I 1、I 2、I O 及U O 的值?(硅管 U F =0.7V )图1.1解题要领:判断⼆极管的状态,将⼆极管从电路中取出后⽐较管⼦阳极、阴极电位⾼低;解:∵21DD DD V V ? ∴V D 导通U O =V DD1-U F =15-0.7=14.3V8.433.14===L O O R U I mA)(1.73.28.421mA I I I O =+=+=mA R V U I DD O 3.21123.1422=-=-=例1-2 图1.2中,试求下列⼏种情况下输出端电位V Y 。
(1)V A =3V ,V B =0V ;(2)V A =0V ,V B =3V ;(3)V A =V B =0V ;(4)V A =V B =3V 。
设⼆极管的正向电阻为零,反向电阻为⽆穷⼤。
图1.2 解题要领:两个或两个以上阴极(或阳极)连在⼀起时,阳极电位⾼(或阴极电位低)的⼆极管优先导通,然后再判断其它管解:(1)、⼆极管V DB 优先导通,则V Y =0V ,V DA 截⽌。
(2)、⼆极管V DA 优先导通,则V Y =0V ,V DB 截⽌。
(3)、V DA 和VDB 两管都导通V Y =0V(4)、V DA和VDB两管都导通V Y=3V例1-3⼀个晶体管在放⼤电路中看不出型号,也没有其它标记,但⽤万⽤表测得它的三个电极A、B、C对地电位分别为VA=-9V,VB=-6V,VC=-6.2V, 试判断该三极管的类型和A、B、C各对应三极管的什么极?解题要领:如何判断三极管的类型和电极?1、硅管或锗管的判别原则:发射结正向压降是0.7V左右为硅管,0.2V为锗管,且b极电位处于中间值,由此初步确定b极、e极;2、NPN管或PNP管的判别原则:处于放⼤状态的NPN管中其集电极电位为最⾼,⽽PNP管为最低;3、电极判别:弄清管⼦的类型之后,再结合各电极的电位就很容易判别它的各个电极。
二极管pnp和npn高电频
P型晶体管(PNP)和N型晶体管(NPN)是两种常见的双极型
晶体管。
它们在高频电路中的应用有着一些共同点,也有一些区别。
首先,让我们讨论它们的共同点。
PNP和NPN晶体管都可以用
于高频电路,因为它们都具有快速开关特性和较高的频率响应。
在
高频电路中,这两种晶体管都可以用作放大器、开关和其他电路功能。
然而,它们也有一些区别。
在高频电路中,NPN晶体管通常比PNP晶体管更常见。
这是因为NPN晶体管的载流子迁移速度比PNP
晶体管更快,从而使其在高频应用中具有更好的性能。
此外,NPN
晶体管的噪声特性通常也比PNP晶体管更好。
另一个区别是在高频电路中的布局和连接方式。
在RF(射频)
电路中,NPN晶体管通常被配置为共集极放大器,而PNP晶体管则
通常被配置为共基极放大器。
这是因为在RF电路中,共集极结构提
供了更好的高频性能,而共基极结构则更适合PNP晶体管的特性。
总的来说,无论是PNP还是NPN晶体管,在高频电路中都有其
特定的应用和优势。
选择哪种晶体管取决于具体的电路设计要求和性能指标。
在实际应用中,工程师需要综合考虑这些因素来选择最合适的晶体管类型。
第四章晶体二极管与晶体三极管本章概述:晶体管是采用半导体晶体材料(如硅、锗、砷化镓等)制成的,在电子产品中应用十分广泛。
本章从二、三极管的型号、分类、外形识别及检测等多个方面,对常用二、三极管进行了较为详细和系统的讲解。
第一节晶体二极管和晶体三极管的型号命名方法一、中华人民共和国国家标准(GB249-74)国标(GB249-74)半导体器件型号命名由五部分组成,见表4-1。
表4-1 国标半导体器件型号命名方法例如:锗PNP高频小功率管为3AG11C,即3(三极管)A(PNP型锗材料)G(高频小功率管)11(序号)C(规格号)二、美国电子半导体协会半导体器件型号命名法表4-2 美国电子半导体协会半导体器件型号命名法三、日本半导体器件型号命名方法表4-3 日本半导体器件型号命名方法第二节半导体器件的外形识别一、晶体二极管的外形识别1.晶体二极管的结构与特性定义:晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成。
所以,二极管实际就是一个PN结。
电路图中文字表示符号为用V表示。
基本结构:PN结加上管壳和引线,就成为了半导体二极管。
图4-1 二极管的结构和电路符号二极管最主要的特性是单向导电性,其伏安特性曲线如图4-2所示。
1)正向特性当加在二极管两端的正向电压(P为正、N为负)很小时(锗管小于0.1伏,硅管小于0.5伏),管子不导通,处于“截止”状态,当正向电压超过一定数值后,管子才导通,电压再稍微增大,电流急剧暗加(见曲线I段)。
不同材料的二极管,起始电压不同,硅管为0.5-0.7伏左右,锗管为0.1-0.3左右。
2)反向特性二极管两端加上反向电压时,反向电流很小,当反向电压逐渐增加时,反向电流基本保持不变,这时的电流称为反向饱和电流(见曲线II段)。
不同材料的二极管,反向电流大小不同,硅管约为1微安到几十微安,锗管则可高达数百微安,另外,反向电流受温度变化的影响很大,锗管的稳定性比硅管差。
3)击穿特性当反向电压增加到某一数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。
电子线路第一章晶体二极管和二极管整流电路一、填空1、晶体二极管加一定的(正向)电压时导通,加(反向)电压时(截止)这一导电特性称为二极管的(单相导电)特性。
2、不加杂质的纯净半导体称为(本征半导体)。
3、P型半导体它又称为(空穴)型半导体,其内部(空穴)数量多于(自由电子)数量。
4、加在二极管两端的(电压)和流过二极管的(电流)间的关系称为二极管的(伏安特性)。
5、把(交流)电转换成(直流)电的过程称为整流。
6。
直流电的电路称为二极管单相整流电路,常用的有(单相半波整流)、(单相桥式整流)和(倍压整流)电路。
7。
三极管工作在放大区时,通常在它的发射结加(正向)电压,集电结加(反向)电压。
8。
三极管在电路中的三种基本连接方式是(共发射极接法)、(共基极接法)、(共集电极接法)。
9。
晶体二极管的主要参数有(最大整流电流IFm)、(最高反向工作电压VRm)、(反向漏电流IR)。
10。
导电能力介于(导体)和(绝缘体)之间物体称为半导体。
11、在半导体内部,只有(空穴)和(自由电子)两种载流子。
12、一般来说,硅晶体二极管的死区电压应(大于)锗晶体二极管的死区电压。
13、当晶体二极管的PN结导通后,则参加导电的是(既有少数载流子,又有多数载流子)。
14、用万用表测晶体二极管的正向电阻时,插在万用表标有+号插孔中的测试表笔(通常是红色表笔)所连接的二极管的管脚是二极管的(负)极,另一电极是(正)极。
15、面接触性晶体二极管比较适用(大功率整流)16。
晶体二极管的阳极电位是-10V,阴极电位是-5V,则晶体二极管处于(反偏)17。
用万用表欧姆档测量小功率晶体二极管性能好坏时,应把欧姆档拨到(R1K档)18。
当硅晶体二极管加上0。
3V正向电压时,该晶体管相当于(阻值很大的电阻)19。
晶体二极管加(反向)电压过大而(击穿),并且出现(烧毁)的现象称为热击穿20。
晶体二极管在反向电压小于反向击穿电压时,反向电流(极小);当反向电压大于反向击穿电压后,反向电流会急速(增大)21、二极管的正极又称(阳)极,负极又称(阴)极。