半导体器件基础测试题
第一章半导体器件基础测试题（高三）
姓名班次分数
一、选择题
1、N型半导体是在本征半导体中加入下列物质而形成的。
A、电子；
B、空穴；
C、三价元素；
D、五价元素。
2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是。
A、掺杂的工艺；
B、杂质的浓度：
C、温度；
D、晶体的缺陷。
3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是。
A、发射结正偏、集电结反偏；
B、发射结正偏、集电结正偏；
C、发射结反偏、集电结正偏；
D、发射结反偏、集电结反偏；
4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是。
A、发射结正偏、集电结反偏；
B、发射结正偏、集电结正偏；
C、发射结反偏、集电结正偏；
D、发射结反偏、集电结反偏；
5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是。
A、发射结正偏、集电结反偏；
B、发射结正偏、集电结正偏；
C、发射结反偏、集电结正偏；
D、发射结反偏、集电结反偏；
6、理想二极管组成的电路如下图所示，其AB两端的电压是。
A、—12V；
B、—6V；
C、+6V；
D、+12V。
7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是。
A、运用它的反向特性；
B、锗管使用在反向击穿区；
C、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域；
D、都使用正向区域。
8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是。
A、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转；
B、用万用表的R×10K的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转；
C、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转；
D、用万用表的R×10，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转；
9、电路如下图所示，则A、B两点的电压正确的是。
A、U A=3.5V，U B=3.5V，D截止；
B、U A=3.5V，U B=1.0V，D截止；
C、U A=1.0V，U B=3.5V，D导通；
D、U A=1.0V，U B=1.0V，D截止。
10、稳压二极管在电路中的接法，正确的说法是。
A、稳压管是正向并接在电路中，即稳压管正极接电路中电源的正极，负极接电源的负极；
B、稳压管是反向并接在电路中，即稳压管正极接电路中电源的负极，负极接电源的正极；
C、稳压管是正向串接在电路中，即稳压管正极串接电路中电源的高电位，负极接电源的低电位。
D、稳压管是反向串接在电路中，即稳压管
正极串接电路中电源的低电位，负极接电源的高电位。
11、电路如下图所示，当电路输入端的电压发生变化时，会引起输出电压的变化，则
下列四种变化中正确的是。
A、U I↑→U0↑→I W↑→I R↑→U R↑→U0↓；
B、U I↑→U0↑→I W↓→I R↓→U R↓→U0↓；
C、U I↑→U0↓→I W↓→I R↑→U R↑→U0↓；
D、U I↑→U0↓→I W↓→I R↓→U R↓→U0↓。
12、对于三极管放大作用来说，下列说法中最确切的是。
A、三极管具有电压放大作用；
B、三极管具有功率放大作用；
C、三极管具有电流放大作用；
D、三极管具有能量放大作用。
13、对于二极管来说，下列说法中错误的是。
A、二极管具有单向导电性；
B、二极管同样具有放大作用；
C、二极管具有箝位功能；
D、二极管具有开关等功能。
14、对于三极管的输入特性，下列说法正确的是。
A、三极管的输入特性是指三极管的基极电流与Ube之间的关系；
B、三极管的输入特性是指三极管的基极电流与Uce之间的关系；
C、三极管的输入特性是指三极管的基极电流与Ic之间的关系；
D、三极管的输入特性是指三极管的基极电流与Ie之间的关系；
15、下图中两只二极管的导通状态是。
A、D1、D2导通；
B、D1、D2截止；
C、D1导通、D2截止；
D、D1截止、D2导通。
16、下图中二极管为理想二极管，则输出电压是。
A、U AO=15V；
B、U AO=12V；
C、U AO= -15V；
D、U AO= -12V。
17、下图中二极管为理想二极管，则输出电压是。
A、U AO=15V；
B、U AO=12V；
C、U AO= -12V；
D、U AO= 0V。
18、下图中二极管为理想二极管，则输出电压是。
A、U AO=6V；
B、U AO= –6V；
C、U AO= -12V；
D、U AO=12V。
19、金属导体的电阻率随温度升高而，半导体的导电能力随温度的升高而。
A、升高/升高；
B、降低/降低；
C、升高/降低；
D、降低/升高。
20、下列是PN结两端的电位值，使PN结导通的是。
A、P端接+5V，N端通过一电阻接+7V；
B、N端接+2V，P端通过一电阻接+7V；
C、P端接─3V，N端通过一电阻接+7V；
D、P端接+1V，N端通过一电阻接+6V。
21、电路如图所示，R=1KΩ，设二管导通时的管压降为0.5V，则电压表的读数是。
A、0.5V；
B、15V；
C、3V；
D、以上答案都不对。
22、如图所示，设输入信号u i为正弦波，幅值为1V，二极管导通时正向电压降为0.6V，
关于输出信号u0波形的说法，正确的是。
A、输出电压值的范围介于-0.6V — +0.6V 之间；
B、输出电压值的范围介于-0V — +0.6V之间；
C、输出电压值的范围介于-0.6V — 0V之间；
D、输出电压值的范围介于0V — 1V之间。
23、对于3AG11C三极管的型号，下列说法正确的是。
A、锗管PNP型高频小功率晶体管；
B、锗管PNP型低频大功率晶体管；
C、硅管NPN型高频小功率晶体管；
D、硅管NPN型低频大功率晶体管；
24、对于3DD80C三极管的型号，下列说法正确的是。
A、锗管PNP型高频小功率晶体管；
B、锗管PNP型低频大功率晶体管；
C、硅管NPN型高频小功率晶体管；
D、硅管NPN型低频大功率晶体管；
25、对于3DG12C三极管的型号，下列说法正确的是。
A、锗管PNP型高频小功率晶体管；
B、锗管PNP型低频大功率晶体管；
C、硅管NPN型高频小功率晶体管；
D、硅管NPN型低频大功率晶体管
26、对于3AD30B三极管的型号，下列说法正确的是。
A、锗管PNP型高频小功率晶体管；
B、锗管PNP型低频大功率晶体管；
C、硅管NPN型高频小功率晶体管；
D、硅管NPN型低频大功率晶体管
27、场效应管属于控制型器件，晶体三极管则属于控制器件。
A、电压/电流；
B、电流/电压；
C、电压/电压；
D、电流/电流
28、电路其如图所示，D为理想
二极管，则u0为。
A、3V；
B、6V；
C、
-3V；D、-6V。
29、电路如下图所示，已知Rb=10KΩ，Rc=1KΩ，Ec=10V，
晶体管的β=50，Ube=0.7V，当Ui=0V 时，
三极管处于。
A、截止状态；
B、放大状态；
C、饱和状态；
D、击穿状态。
二、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。（）
（5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS大的特点。（）
（6）若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（）
三、写出下图所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。
四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Zmin＝5mA。求下图所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
五、作图分析题
1、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。
2、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＝0.7V。试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。
半导体器件试题库 常用单位： 在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 （一）名词解释题 杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用，通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度， 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向： 晶面： （二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。 3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带 向 弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。
9．在Si-SiO 2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半 导体，当温度升高时，费米能级向 移动。 （三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？ （四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？ 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？ （五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算： （a ）该样品的离化杂质浓度是多少？ （b ）该样品的少子浓度是多少？ （c ）未离化杂质浓度是多少？ （d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?， （a ）该半导体是N 型还是P 型的？ （b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。 （c ）样品的电导率是多少？ （d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带 宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞
第一章 半导体器件基础 ⒈ 讨论题与思考题 ⑴ PN 结的伏安特性有何特点？ ⑵ 二极管是非线性元件,它的直流电阻和交流电阻有何区别？用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于哪一种？为什么用万用表欧姆档的不同量程测出的二极管阻值也不同？ ⑶ 硅二极管和锗二极管的伏安特性有何异同？ ⑷ 在结构上，三极管是由两个背靠背的PN 结组成的，那么，三极管与两只对接的二极管有什么区别？ ⑸ 三极管是由两个背靠背的PN 结组成的，由很薄的基区联系在一起。那么，三极管的发射极和集电极是否可以调换使用？ ⑹ 场效应管的性能与双极型三极管比较有哪些特点？ ⒉ 作业题 题1.1 在硅本征半导体中掺入施主杂质，其浓度为3 17d cm 10 =N ，分别求出在250K 、300K 、350K 时电子和空穴的浓度。 题 1.2 若硅PN 结的317a cm 10 =N ，3 16d cm 10=N ，求T =300K 时PN 结的内建电位差。 题1.3 流过硅二极管的电流I D =1mA 时，二极管两端压降U D =0.7V ，求电流I D =0.1mA 和10mA 时，二极管两端压降U D 分别为多少？ 题1.4 电路如图题1.4中二极管是理想的，t U u ωsin m i ?=： ① 画出该电路的传输特性； ② 画出输出电压波形。 题图 1.4 题1.5 题图 1.5中二极管是理想的，分别求出题图1.5(a)、(b)中电压U 和电流I 的值。 (a) (b) 题图1.5 题1.6 在图题1.6所示电路中，取5-V半导体器件物理试题
1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 5.以NPN型晶体管为例，试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分 布特征及与晶体管输出特性间的关系 6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工 作状态和输出特性 7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程，并描述影响非平衡载流子寿命的因素 8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征 9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征 10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率，请叙述共发射极短路电流放大系数与 频率间的关系 11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征 12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线，并叙述曲线在不同外加电信号作 用下的曲线特征及原因 13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些？它们是如何影响C-V曲线的 14.MOS中硅-二氧化硅，二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素 15.介绍MIS结构及其特点，并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压 时半导体表面特征 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别（各自有缺点）是什么 18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系 19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输 出曲线并描述其特征 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征 23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别 24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理 25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些 26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应 27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线
第二章 1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解：)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp＝τn＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。 解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ，cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + =
I S =A*J S =1.0*10-16A 。 ＋0.7V 时，I ＝49.3μA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm，空穴扩散长度为5μm。 解：P ＋ >>n ，正向注入：0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ，得： ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm，计算此时击穿电压。 解：m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=（ ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时，V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--＝ 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018，1016，1015cm －3，基区宽度W B 为1.0μm，器件截面积为3mm 2。当发射区－基区结上的正向偏压为0.5V ，集电区－基区结上反向偏压为5V 时，计算
第一章 半导体器件基础测试题（高三） 姓名 班次 分数 一、选择题 1、N 型半导体是在本征半导体中加入下列 ___________ 物质而形成的。 A 、电子； B 、空穴； C 、三价元素； D 、五价元素。 2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是 A 、掺杂的工艺； B 、杂质的浓度: C 、温度； D 、晶体的缺陷。 3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是 _______________ 。 A 、发射结正偏、集电结反偏； B 、发射结正偏、集电结正偏; C 、发射结反偏、集电结正偏； D 、发射结反偏、集电结反偏; 4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是 _____________________ 。 A 、发射结正偏、集电结反偏； B 、发射结正偏、集电结正偏; C 、发射结反偏、集电结正偏； D 、发射结反偏、集电结反偏; 5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是 A 、发射结正偏、集电结反偏； C 、发射结反偏、集电结正偏； 6、理想二极管组成的电路如下图所示，其 A 、一 12V ； B 、一 6V ； C 、+6V ； D 、+12V 。 7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是 __________________ 。 A 、运用它的反向特性； B 、锗管使用在反向击穿区； C 、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域； D 、都使用正向区域。 8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是 _______________________ A 、 用万用表的R X 100或R X 1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转; B 、 用万用表的R X 10K 的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； C 、 用万用表的R X 100或R X 1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转; D 、用万用表的R X 10，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转; 9、电路如下图所示，则 A 、B 两点的电压正确的是 ________________ B 、发射结正偏、集电结正偏; D 、发射结反偏、集电结反偏; AB 两端的电压是 _____________
第一章半导体器件基础 1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。 解： （a）图分析： 1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。即D1导通，D2截止。 2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。 综上分析，正确的答案是U O= 1V。 （b）图分析： 1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。
2．图所示电路中， E 解： （a）图 当u I＜E时，D截止，u O=E=5V； 当u I≥E时，D导通，u O=u I u O波形如图所示。 u I ωt 5V 10V uo ωt 5V 10V （b）图 当u I＜-E=-5V时,D1导通D2截止，uo=E=5V； 当-E＜u I＜E时，D1导通D2截止，uo=E=5V； 当u I≥E=5V时，uo=u I 所以输出电压u o的波形与（a）图波形相同。 5．在图所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件(R、DA、DB)中通过的电流：( 1 )UA=UB=0V；( 2 )UA= +3V，UB = 0 V。( 3 ) UA= UB = +3V。二极管的正向压降可忽略不计。 解：（1）U A=U B=0V时，D A、D B都导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：U F=0V mA k R U I F R 08 .3 9.3 12 12 = = - = 施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题 1. （a ）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b ）求硅中（111）平面内在300K 温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四 个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向 取这些向量的合成。） 3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a 3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2）， (0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc 元胞的体积。 4. （a ）推导金刚石晶格的键长d 以晶格常数a 的表达式。 （b ）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A ，16.29A ， 和21.72A ，求该平面的密勒指数。 5. 指出（a ）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及 （b ）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。 6. 指出具有晶格常数a 的体心立方（bcc ）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a 的面心立方（fcc ）晶格。[提示：用bcc 矢量组的对称性： )(2x z y a a -+=，)(2y x z a b -+=，)(2 z y x a c -+= 这里a 是常规元胞的晶格常数，而x ，y ，z 是fcc 笛卡尔坐标的单位矢量： )(2z y a a +=，)(2x z a b +=，)(2 y x a c +=。] 7. 靠近导带最小值处的能量可表达为 .2*2*2*22 ???? ??++=z z y y x x m k m k m k E 在Si 中沿[100]有6个雪茄形状的极小值。如果能量椭球轴的比例为5:1是常数，求纵向有效质量m*l 与横向有效质量m*t 的比值。 8. 在半导体的导带中，有一个较低的能谷在布里渊区的中心，和6个较高的能 谷在沿[100] 布里渊区的边界，如果对于较低能谷的有效质量是0.1m0而对 于较高能谷的有效质量是1.0m0，求较高能谷对较低能谷态密度的比值。 9. 推导由式（14）给出的导带中的态密度表达式。（提示：驻波波长λ与半导体 Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ 学校代码： 学号： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文献综述 题目仓储温湿度报警系统的设计 学生姓名 专业班级电气工程及其自动化二班 学号 系（部）电气信息工程系 指导教师(职称)蒋威（讲师） 完成时间 2011年 3 月 1日 仓储温湿度报警系统的设计综述 摘要：为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测 工作，并及时报警提示。本文根据粮仓环境测试的特点，应用现代检测理论，对温室的温度、湿度等环境因子进行自动检测，并实现报警功能，首先介绍了粮仓自动监测系统的发展背景及现状，指出在控制监测方面存在的问题和需要进一步深入探讨、研究的各个方面。 关键词：粮仓、单片机、监测、传感器 目前，关于这类监测系统的研究，国内外公开发表的文献不多，下面是关于 单片机自动监测的一些主要文献： 文献[1] 这本书从应用角度出发，精选了国内外最新流行的智能仪器与数据采集系统中的一些有特色、功能很强的新型集成电路20多类100余种。内容涉及仪用放大器，运算放大器，隔离放大器，变送器，A／D、 D／A变换器， LED、LCD驱动器，看门狗定时器，UP电源监控器，数字电位器，闪烁存储器，实时时钟等器件。所优选的每一种器件除阐述其基本功能、电路特点、性能参数和管脚说明之外，更突出器件的使用方法和应用电路。对智能仪器设计、数据采集、自动控制、数字通信和计算机接口这部分设计具有很高的使用和参考价值。 文献[2] 这本书是"单片机应用技术丛书"中专门介绍单片机应用系统软件 设计的一本著作。书中总结了作者多年来在80C51系列单片机应用系统软件设计 中的实践经验，归纳出一整套应用程序设计的方法和技巧。在内容安排上，不仅 有实现功能要求的应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法，还以较大篇幅介绍了提高系统可靠性的抗干扰设计和容错设计技术以及程序测试的正确思想方法。附录中向读者提供了完整的系统程序设计样本和经过多年使用考验的定点运算子程序库与浮点运算子程序库的程序文本、注释及使用方法。对于本次设计主要参考的是应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法这一部分的内容。 文献[3] 提出MCS-51系列单片机应用系统的构成和设计方法。详细地阐述 了应用系统的前向通道（传感器通道接口）、后向通道（伺服驱动、控制通道接 口）、人机对话通道和相互通道（单片机应用系统之间的通信接口）的结构设计、 半导体器件物理复习题 一． 平衡半导体： 概念题： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义） 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体： 本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子： 形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子： 形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体： 半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体： 对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度， 费米能级高于导带底（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（0F v E E -<）。 7. 有效状态密度： 在导带能量范围（ ~c E ∞ ）内，对导带量子态密度函数 导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围（ ~v E -∞） 内，对价带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度： 其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度： 其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ： 是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带 带宽度g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ： 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度 00i n p n ==。硅半导体，在300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态： 当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态： 在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征： 本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级 第一章半导体器件基础测试题（高三） 姓名班次分数 一、选择题 1、N型半导体是在本征半导体中加入下列____________ 物质而形成的。 A、电子； B、空穴； C、三价元素； D、五价元素。 2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是 ________________ 。 A、掺杂的工艺； B、杂质的浓度： C、温度； D、晶体的缺陷。 3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是 A、发射结正偏、集电结反偏； C、发射结反偏、集电结正偏； 4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是 A、发射结正偏、集电结反偏； C、发射结反偏、集电结正偏； 5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是 A、发射结正偏、集电结反偏； C、发射结反偏、集电结正偏； 9、电路如下图所示，则A、B两点的电压正确 的是 A、U A=3.5V , U B=3.5V , D 截止； B、发射结正偏、集电结正偏; D、发射结反偏、集电结反偏; B、发射结正偏、集电结正偏; D、发射结反偏、集电结反偏; B、发射结正偏、集电结正偏; D、发射结反偏、集电结反偏; 6、理想二极管组成的电路如下图所示，其AB两端的电压是 A、一12V ; C、+6V ;B、一6V ; D、 7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是 A、运用它的反向特性； C、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域; 锗管使用在反向击穿区； D、都使用正向区 8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是 A、用万用表的 B、用万用表的 C、用万用表的 D、用万用表的R X 100 R X 10K R X 100 R X 10 , 或R X 1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转; 的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； 或R X 1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转; 黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； 《半导体器件物理》试卷（一）标准答案及评分细则 一、填空（共32 分，每空 2 分） 1、PN 结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩 散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET 器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN 型BJT 中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI 器件可用标准的MOS 工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN 结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发 生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET 进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因 有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简述（共18 分，每小题6 分） 1、Early 电压V A； 答案： 2、截止频率f T； 答案：截止频率即电流增益下降到 1 时所对应的频率值。 3、耗尽层宽度W。 答案：P 型材料和N 型材料接触后形成PN 结，由于存在浓度差，就会产生空间电荷区，而空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。 三、分析（共20 分，每小题10 分） 1、对于PNP 型BJT 工作在正向有源区时载流子的输运情况； 答案：对于PNP 型晶体管,其发射区多数载流子空穴向集电区扩散,形成电流 I EP，其中一部分空穴与基区的电子复合，形成基极电流的I B的主要部分，集 电极接收大部分空穴形成电流I CP，它是I C的主要部分。 2、热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相 应的I-V 特性曲线。（每个图2 分） 答案：热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布如下所示， 反向偏置后的能带图和相应的I-V 特性曲线如下所示。 半导体基础知识和半导 体器件工艺 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN# 半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类爲导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其他一些物体。第二类爲绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类爲半导体，其导电能力介於导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义爲长1厘米、截面积爲1平方厘米的物质的电阻值，单位爲欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由於它的导电能力介於导体和绝缘体之间，而是由於半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显着的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏元件（如热敏电阻等），但是由於半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身産生的 热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照後导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其他元素（这个过程我们称爲掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7（即千万分之一），矽的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少後，整个原子呈现正电，缺少电子的地方産生一个空位，带正电，成爲电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其他元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分爲电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分爲两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到矽半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要爲五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要爲三族元素：铝、镓、铟、硼等。 工业大学 毕业实践实验报告 班级：061 学号： 姓名： MOS晶体管电学特性测量 一、实践目的 根据半导体器件基础和半导体物理的课程所学知识，利用相关测量设备完成MOS晶体管的测量工作。希望通过此器件的测量来器件的输入特性，输出特性，转移特性，并要求系统地学习测试设备的工作特性，工作要求以及测量范围，以期为未来工作时可以独立使用相关测试设备作准备。 二、实践要求 所完成的测试报告包括器件的选型，生产商提供的基本参数表，测量时的各种曲线图，和生产商提供的进行比较异同点。还要介绍所使用测量设备的特性：作用，型号，测量范围，基本工作特性和要求，注意事项。 要求： 1.MOS晶体管可选自己购置或向老师提出要求来选取，选取前先查阅基本测量范围。 2.厂商提供的基本参数表可上网或查阅相关资料获取。 3.注意保护好测量设备，一定要注意相关工作事项。 4.注意人身安全，根据要求进行测量工作。 5.有条件时可进行同型号或不同型号的多个MOS晶体管的测量，列出表单进行对比，作统计图。 6.注意是否需要其它元器件，如电容，电阻等。 7.进行电压或电流扫描测量,测量要求有输入特性曲线，输出特性曲线，转移特性曲线，根摩尔参数等。 三、实践平台 1.半导体特性系统，半导体图示仪， 2.不同型号的MOS晶体管 3.可参考《双极场效应晶体管原理》或《模拟电子》 四、时间：2周 五、方案 通过用keithley将MOS管各端设定不同的输入参数，测量不同型号MOS管的输入特性曲线，输出特性曲线，转移特性曲线等。 六、步骤 绝缘栅场效应管(MOS管) 1、场效应晶体管（field effect transistor缩写(fet)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 特点: 具有输入电阻高（100000000～1000000000ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者. 作用: 场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器. 场效应管可以用作电子开关. 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.绝缘栅场效应管的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是N沟道型和P沟道型。无论是什麽沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。 2、它是由金属、和半导体所组成，所以又称为金属—氧化物—半导体场效应管，简称MOS 场效应管。 3、绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。 场效应管的式作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型，当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。 特性曲线 场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。 1) 转移特性 在u DS一定时, 漏极电流i D与栅源电压u GS之间的关系称为转移特性。 输出特性 型号2SK117 种类绝缘栅(MOSFET) ●在300K 下，Si 在价带中的有效态密度为2,66X 19 103 cm -,而GaAs 为7X 18 10 3 cm -，求 出空穴的有效质量，并与自由电子质量比较。 ●画出在77K ，300K,及600K 时掺杂 1610个/3cm 的As 原子的Si 简化能带图，标示出费米能 级且使用本征F E 作参考量。 ●求出i S 在300K 时掺入下列掺杂情形下电子空穴浓度及费米能级。 ●对一半导体而言，其具有一固定的迁移率比 b=n u /p u >1,且与杂质浓度无关，求其最大的电 阻率m ρ并以本征电阻率i ρ及迁移率比表示。 ●给定一个未知掺杂的i S 晶样品，霍耳测量提供了以下信息： ω=0.05cm,A=1.6x 3-103cm -,I=2.5mA,磁场为30nT(1T=4-10wb/2 cm ),若测出的霍耳电压为 10mV ,求半导体样品的霍耳系数，导体型态，多子浓度，电阻率及迁移率。 ●线性缓变Si 结，其掺杂梯度为420 cm 10 -，计算内建电势及4V 反向偏压的结电容（T=300K ）。 对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单位 面积储存的少子、中性区的长度为1μm,p L 5μm. ●对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单 位面积储存的少子、中性区的长度为1μm, p L =5μm. ●设计一+ p -n Si 突变结二极管，其反向击穿电压为130V ，正偏电流在V V 7.0h =时为2.2mA,设. 1070p s -=τ 题库(一) 半导体物理基础部分 1、计算分析题 已知：在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? 半导体硅材料在室温的条件下，测得 n 0 = 4.5×104/cm 3， N D =5×1015/cm 3 问：⑴ 该半导体是n 型还是p 型？ ⑵ 分别求出多子和少子的浓度 ⑶ 样品的电导率是多少？ ⑷ 分析该半导体的是否在强电离区，为什么0D n N ≠？ 2、说明元素半导体Si 、Ge 中的主要掺杂杂质及其作用？ 3、什么叫金属-半导体的整流接触和欧姆接触，形成欧姆接触的主要方法有那些？ 4、为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接触？ P-N 部分 5、什么叫pn 结的势垒电容？分析势垒电容的主要的影响因素及各因素导致垒电容大小变化的趋势。 6、什么是pn 结的正向注入和反向抽取？ 7、pn 结在正向和反向偏置的情况下，势垒区和载流子运动是如何变化的？ 8、简述pn 结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理． 9、什么叫二极管的反向恢复时间，提高二极管开关速度的主要途径有那些？ 10、如图1所示，请问本PN 结的偏压为正向，还是反向？准费米能级形成的主要原因? PN 结空间电荷区宽度取决的什么因素，对本PN 结那边空间电荷区更宽？ 图1 pn结的少子分布和准费米能级 三极管部分 11、何谓基区宽变效应？ 12、晶体管具有放大能力需具备哪些条件？ 13、怎样提高双极型晶体管的开关速度？ 14、双极型晶体管的二次击穿机理是什么？ 15、如何扩大晶体管的安全工作区范围？ 16、详细分析PN结的自建电场、缓变基区自建电场和大注入自建电场的异同点。 17、晶体管的方向电流I CBO、I CEO是如何定义的？二者之间有什么关系？ 18、高频时，晶体管电流放大系数下降的原因是什么？ 19、如图2所示，请问双极型晶体管的直流特性曲线可分为哪些区域，对应图中的什么位置？ 各自的特点是什么?从图中特性曲线的疏密程度，总结电流放大系数的变化趋势，为什么？施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题
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