半导体器件原理简明教程习题答案
傅兴华
1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点.
解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料。
原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料。 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料.
1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率
的相对大小.
解 有效质量指的是对加速度的阻力.k
E h m k ??=2
1*1
由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说GaAs μ>Ge μ>Si μ.
1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2
的禁带宽度为 3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件?
解 本征载流子浓度:)exp(
)(
1082.42
15
T
dp dn i k Eg m m m n ?= 两种半导体除禁带以外的其他性质相同
∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T
k k k n n T T ==-- T k 9.1>0 ∴21n n >∴在高温环境下2n 更合适 1.11在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图,判
断该半导体是n 型还是p 型半导体.
解 3
173
21002
02
0010125.1102)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p 是p 型半导体 1.16硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费M 能级相
对于本征费M 能级的位置,画出能带图. 解 3
17
010-==cm
N p A 2
00i n p n = T=300K →310105.1-?=cm n i
330
2
01025.2-?==∴cm p n
n i 00n p > ∴该半导体是p 型半导体
)105.110ln(0259.0)ln(10
17
0??==-i FP
i n p KT E E
1.27砷化镓中施主杂质浓度为31610-cm ，分别计算T=300K 、400K 的电阻率和电导率。
解 3
16
010-==cm
N n D =?=?=?=-i i n K T cm n K T 4001023003
60
02
n n p n p n i
i o o =
?= 电导率p n qp qn μμσ00+=，电阻率σ
ρ1=
1.40半导体中载流子浓度314010-=cm n ,本征载流子浓度31010-=cm n i ,
非平衡空穴浓度3
13
10-=cm p δ,非平衡空穴的寿命s n 6
010-=τ,计算电子-空穴的复合率,计算载流子的费M 能级和准费M 能级. 解 因为是n 型半导体
t p N C n 1
0=
τcm n p p N C R t o 190
10===τδδ
)ln(
0i i Fn n p n kT E E δ+=-)ln(i
o Fp i n p
p kT E E δ+=- 2.2有两个pn 结,其中一个结的杂质浓度3
17315105,105--?=?=cm N cm N A D ,另一个结的
杂质浓度3
19317105,105--?=?=cm N cm N A D ,在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差,并解释为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同. 解 接触电势差)ln(2i
D A D n N
N q kT V = 可知D V 与A N 和D N 有关,所以杂质浓度不同接触电势差也不同.
2.5 硅pn 结31731610,105--=?=cm N cm N A D ,分别画出正偏0.5V 、反偏1V 时的能带图.
解 310105.1300-?=?=cm n K T i
2
1061761619232)105.1(101010105ln 106.13001038.1)ln(????????==----i
D A D n N N q kT V =V 2
1002.8-? 正偏:19
19
10
8.01037.0)(--?=?=-qV V V q D
反偏:
19
19106.110728.1)(--?=?=+R R D V q V V q
2.12 硅pn 结的杂质浓度分别为315317101,103--?=?=cm N cm N A D ,n 区和p 区的宽度大
于少数载流子扩散长度,s p n μττ1==,结面积=16002
m
μ,取
s cm D s cm D p n /13,/2522==,计算
(1)在T=300K 下,正向电流等于1mA 时的外加电压； (2)要使电流从1mA 增大到3mA,外加电压应增大多少?
(3)维持(1)的电压不变,当温度 T 由300K 上升到400K 时,电流上升到多少? 解 (1)3
10
105.1300-?=?=cm n K T i
s s p n 6101-===μττ2
52106.11600cm m A s -?==μs d d A I J =
)exp(0kT
qV
J J d =n p n p n p L n qD L p qD J 000
+=p p p D L τ=n n n D L τ= 0ln J J q kT V d
=
∴
(2)3ln ln 3ln 00q
kT
J J q kT J J q kT V d d =-=
? (3)3
13
10400-=?=cm n K T i ... ...
2.14根据理想的pn 结电流电压方程，计算反向电流等于反向饱和电流的70%时的反偏电压
值。
解
7
.0],1)[exp(
=-=o
d o d J J kT qV
J J 2.22硅pn 结的杂质浓度,计算pn 结的反向击穿电压,如果要使其反向电压提高到300V,n 侧
的电阻率应为多少?
解 (1)反向击穿电压V N V D B 601064
313
=?=-
(2)213
352
4
3
102,300106--?=∴=?=cm N V N V D D
B
)·/(13501
1
2s cm qn n n
νμμσ
ρ==
=
得由 2.24 硅突变pn 结316318105.1,105--?=?=cm N cm N D A ,设pn 结击穿时的最大电场为
cm V E c /1055?=,计算pn 结的击穿电压.
解 突变结反向击穿电压D
A D
A r
B N N N N N E qN V +==
,21200εε
2.25 在杂质浓度315102-?=cm N D 的硅衬底上扩散硼形成pn 结,硼扩散的便面浓度为
31810-=cm N A ,结深m μ5,求此pn 结5V 反向电压下的势垒电容. 解 31
])
(12)([2V V qa A C D o T -=εε
2.26已知硅n p +结n 区电阻率为cm ·1Ω,求pn 结的雪崩击穿电压,击穿时的耗尽区宽度和最
大电场强度.（硅pn 结136
10
45.8--?=cm C i ，锗pn 结1341025.6--?=cm C i ）
解 n n
q n qn μρμσ
ρ=?=
=
11
n N N V D D B =?=-,10643
138
1
)8(
0εεi D c C qN E =
c
B c B E V W W E V 221=?=
3.5 以npn 硅平面晶体管为例,在放大偏压条件下从发射极欧姆接触处进入的电子流,在晶体
管的发射区、发射结空间电荷区、基区、集电极势垒区和集电区的传输过程中,以什么运动形式（扩散或漂移）为主?
解 发射区-扩散 发射结空间电荷区-漂移 基区-扩散 集电极势垒区-漂移 集电区-扩散
3.6三个npn 晶体管的基区杂质浓度和基区宽度如表所示，其余材料参数和结构参数想同，
就下列特性参数判断哪一个晶体管具有最大值并简述理由。
(1)发射结注入效率。(2)基区输运系数。(3)穿通电压。(4)相同BC 结反向偏压下的BC 结耗尽层电容。(5)共发射极电流增益。
器件 基区杂质浓度
基区宽度
A B C
解 (1)C B A B B E
NB E B
PE B x W W D N W D N γγγγ=>∴=-
=,1
(2)TC TB TA nB r B T r nB nB nB B NB B T D W D W L W αααρααραττα>=?-=?=-=-=211
,21)(21102
02
2
(3)ptC ptB ptA C
B C B B
pt V V V N N N N x V <=?+=)
(202
εε (4)
TB
TC TA A D A D D T C C C N N N N V V q A C >=?++-=B
D B
0N N N ·]·)(2[
21εε (5)
3.9硅npn 晶体管的材料参数和结构如下：
发射区 基区 集电区
E E N W p p ，，，μτ B n n B W N ,,,μτ p p C N μτ,,
计算晶体管的发射结注入效率γ，基区输运系数V V BE T 55.0,=α，计算复合系数δ，并由此计算晶体管的共发射极电流放大系数β。 解
α
αβγδαα-=
=1,T B b B s r BE s r nB nB B T E nB E B
pE B W n qD J J kT
qV J J D W W D N W D N 00i 0002
,2W
qn )2exp(11,21,1=
=-+=-=-=τδταγ其中
3.13 已知npn 非均匀基区晶体管的有关参数为m x m x je jc μμ3,5==,电子扩散系数
s s cm D n n μτ1,/82==,本征基区方块电阻Ω=Ω=5,2500sE sB R R ,计算其电流放大系数
βα、.
解
基区输运系数22
1nB
B
T L W ηα-=（基区宽度je jc B x x W -=，基区少子扩散长度
n n nB D L τ·=）,发射结注入效率sB sE
R R -
=1γ(sE
R &sB R 发射区和基区的方块电阻) 发射结复合系数1=δ
共基极直流电流放大系数δγααT ==0.9971 共发射极直流电流放大系数α
α
β-=
1=352.1489 3.34硅晶体管的标称耗散功率为20W,总热阻为W C /5?,满负荷条件下允许的最高环境温度
是多少?（硅C T jm ?
=200，锗C T jm
?=100） 解 最大耗散功率T
a
jm CM R T T P -=
?CM T jm a P R T T -= 满负荷条件下有
CM T jm a P R T T -≤，其中W C R C T T jm /5,200?
?==
3.39 晶体管穿通后的特性如何变化?某晶体管的基区杂质浓度31910-=cm N B ,集电区的杂
质浓度3
15105-?=cm N C ,基区的宽度m W B μ3.0=,集电区宽度m W C μ10=,求晶体管的击穿电压.
解 集电极电流不再受基极电流的控制，集电极电流的大小只受发射区和集电区体电阻的限制，外电路将出现很大的电流。
穿通电压C B C B B
pt N N N N x V )(202
+=εε，冶金基区的扩展B C B W W x -= 4.1简要说明JFET 的工作原理
解 N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。N 沟道结型场效应管工作时也需要外加偏置电压，即在栅-源极间加一负电压(0 结反偏，栅极电流0≈G i ，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108Ω左右)。在漏-源极间加一正电压(0>DS V )，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流D i 。D i 的大小主要受栅-源电压GS V 控制，同时也受漏-源电压DS V 的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS 对漏极电流D i （或沟道电阻）的控制作用，以及漏-源电压DS V 对漏极电流D i 的影响。 4.3 n 沟道JFET 有关材料参数和结构是：31531810,10--==cm N cm N D A ，沟道宽度是 Z=0.1mm ，沟道长度m L μ20=，沟道厚度是m a μ42=，计算(1)栅n p + 结的接触电势差；(2)夹断电压；(3)冶金沟道电导；(4)0=GS V 和0=DS V 时的沟道电导(考虑空间电荷区使沟道变窄后的电导)。 解 (1)2ln i D A D n N N q kT V = (2)2 002a qN V D p εε=(3)L Za N q G D /20μ≈ (4)若为突变n p + 结，)(])(2[ A 021 D D D n N n p N p n qN V V s W 结结，++-≈=εε 4.7绘出n 型衬底MOS 二极管的能带图，讨论其表面积累、耗尽、弱反型和强反型状态。 解 见旁边图！ 4.12 简述p 沟道MOSFET 的工作原理。 解 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。p 基区与n 漂移区之间形成的pn 结1J 反偏，漏源极之间无电流流过。 导电：在栅源极间加正电压GS V ，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面p 区中的空穴推开，而将p 区中的少子-电子吸引到栅极下面的p 区表面，当GS V 大于T V （开启电压或阈值电压）时，栅极下p 区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使p 型半导体反型成n 型而成为反型层，该反型层形成n 沟道而使pn 结1J 消失，漏极和源极导电。 4.15已知n 沟道MOSFET 的沟道长度m L μ10=，沟道宽度m W μ400=，栅氧化层厚度 nm t ax 150=，阈值电压V V T 3=，衬底杂质浓度314109-?=cm N A ，求栅极电压等于7V 时的漏源饱和电流。在此条件下，DS V 等于几伏时漏端沟道开始夹断？计算中取 )·/(6002s V cm n =μ。 解 饱和漏源电流2) (2T GS ax n Dsat V V L C W I -=μ，0,εεεεr ax ax ax ax t C ==，V V GS 7= T as DS V V V -= 4.16 在31510-=cm N A 的p 型硅<111>衬底上，氧化层厚度为70nm ，2O S i 层等效电荷面密 度为2 11 103-?cm ，计算MOSFET 的阈值电压。 解 阈值电压 ax d A i A T C x qN n N q kT V max )ln(2 += )ln(i A fp n N q kT = φ，)ln(i D fn n N q kT -=φ，耗尽区宽度最大值)4(0max A d qN x fp φεε= 单位面积氧化层电容ax ax ax ax t t C 0 εεε= = 4.19 用)·/(600,80,8/2s V cm nm t L W n ax ===μ的n 沟道MOSFET 作为可变电阻，要获 得Ωk 5.2的电阻，沟道电子浓度应为多少 ？T GS V V -应为多少？对GS V 有什么要求？ 解 跨导 cm F t t C L C V V g r ax r ax ax ax ax T GS m /1085.8,7.11,,W ),(400n -?===== -=εεε εεμββ其中 5.2 T=300K ，n 型硅衬底杂质浓度为31610-=cm N D ，绘出平衡态金-硅接触能带图，计算肖 特基势垒高度0B φ、半导体侧的接触电势差bi V 、空间电荷区厚度W 。 解 (1)x m B -=φφ0 (2)s m bi V φφ-=(3)21 )2(0D bi n qN V x W εε== 5.4分别绘出钛Ti 与n 型硅和p 型硅理想接触的能带图。如果是整流接触，设硅衬底，分 别计算肖特基势垒高度0B φ、半导体侧的接触电势差bi V 。 解 x m B -=φφ0s m bi V φφ-= 5.10 T=300K ，n 型硅衬底杂质浓度为3 15105-?=cm N D ，计算金属铝-硅肖特基接触平衡态 的反向电流sT J 、正偏电压为5V 时的电流。计算中取理查森常数2 2*··264--=K cm A A 。 解 x kT q T A kT q T A J m B B B B B sT -=?-=-≈- =φφφφφφφ0002*2 * ,),exp()exp( ]1)[exp( -=kT qV J J sT 5.13分别绘出GaAlAs-GsAs 半导体Pn 结和Np 结的平衡能带图。 解 见旁边图！ 6.3 假定GaAs 导带电子分布在导带底之上0~3/2 kT 范围内，价带空穴分布在价带顶之上 0~3/2 kT 范围内，计算辐射光子的波长范围和频带宽度。 解 eV E kT E eV E hc g g 42.1,324.1max =+==λg E eV 24.1min -=λmin max 2 1λλc c V V V -=-=? 6.6 T=300K ，考虑一个硅pn 结光电二极管，外加反向偏压6V ，稳态光产生率为 13211·10--=s cm G L ，pn 结参数为： s s s cm D s cm D cm N N p n p n A D 70702231510,105,/10,/25,108---=?===?==ττ。计 算其光电流密度，比较空间电荷区和扩散区对光电流密度的贡献。 解 qN G W n N N q kT V D Lp D L bi i A D bi p p n n n )V (2,ln ,,200+====反向εττ 稳态光电流密度)(p n L L L L W qG I ++= 0259.0,2,106.1,7.1119== ?==-q kT N N q A ε 6.8 利用带隙工程，镓-铝-砷(As Al Ga x x -1)和镓-砷-磷(x x P GaAs -1)可获得的最大辐射光波长 的值是多少？ 解 g g g E E hc x eV x E 24 .11),(247.1424.1== →=+=λ 6.9分别计算镓-铝-砷(As Al Ga x x -1)和镓-砷-磷(x x P GaAs -1)当x=0.3时辐射光的波长。 解 同6.8，x=0.3！ (1)能带：由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成能带。(2)半导体能带特点：有带隙，电绝缘小，导带全空，价带全满。(3)本征半导体：纯净的无缺陷半导体。(4)本征 空穴：在纯硅中由于+3价的铟或铝的原子周围有3个价电子，与同价硅原子组成共价结会少一个电子，形成空穴。(5)本征 电子：在纯硅中掺入V 族元素，使之取代晶格中硅原子的位置。(6)同质pn 结：由导电类型相反的同一种半导体单晶材料组成的pn 结。(7)异质pn 结：由两种不同的半导体单晶材料组成。(8)LED 发光原理：当两端加上正向电压，半导体中的自由电子和空穴发生复合，放出过多能量而引发光子发射；优点：工作寿命长、耗电低、反应时间快、体积小重量轻高抗击、易调光、换颜色可控性大。(9)pn 结I-V 特性：)exp(0kT qV J J d = 半导体 禁带宽度g E /eV 迁移率/[300K,)·/(2 s V cm ] 相对介电 常数r ε 电子亲和势x/eV 本征载流子浓度i n /3-cm 300K 0K 电子 空穴 Ge 0.66 0.7437 3900 1900 16.0 4.0 13105.2? Si 1.12 1.170 1350 500 11.6 4.05 10105.1? GaAs 1.42 1.519 8500 400 13.1 4.07 6102? 功函数：Ag4.26，Au5.1，Al4.28，Ga4.2，As3.75，Ti4.33，Si4.85 电子电荷19 106.1-?=q ，0259.0/=q kT ，普朗克常数s J h ·10 626.634 -?= 吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。 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 第一章 常用半导体器件 自 测 题 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。 （ ） （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 G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 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）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）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 （4）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 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MO S 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C 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 Z mi n＝5m A。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。 化工原理下册题库 300题 化工原理（下）题库（1） 一、选择题（将正确答案字母填入括号内） 1、混合物中某组分的质量与混合物质量之比称为该组分的（ A ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 2、关于精馏塔中理论的叙述错误的是（ B ）。 A.实际上不存在理论塔板 B. 理论塔板仅作为衡量实际塔板效率的一个标准。 C. 理论塔板数比实际塔板数多 3、在精馏塔中每一块塔板上（ C ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 4、气体吸收过程中，吸收速率与推动力成（ A ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 5、气体的溶解度很大时，溶质的吸收速率主要受气膜一方的阻力所控制，故称为（ A ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 6、普通温度计的感温球露在空气中，所测得的温度为空气的（ A ）温度。 A. 干球 B. 湿球 C. 绝热饱和 7、混合物中某组分的物质的量与混合物物质的量之比称为该组分的（B ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 8、在蒸馏过程中，混合气体中各组分的挥发性相差越大，越（B ）进行分离。 A. 难 B. 容易 C. 不影响 9、气体吸收过程中，吸收速率与吸收阻力成（ B ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 10、气体的溶解度很小时，溶质的吸收速率主要受液膜一方的阻力所控制，故称为（ B ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 11、某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得 到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（ B ） A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 12、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下 线的变化 ( B ) 。 A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 13、下列情况 ( D ) 不是诱发降液管液泛的原因。 A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液 14、以下有关全回流的说法正确的是（ A、C ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时 所需理论塔板数量多 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 第1章常用半导体器件 一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每题1分） 1．在N型半导体中，如果掺入足够量的三价元素，可将其改型成为P型半导体。（）2．在N型半导体中，由于多数载流子是自由电子，所以N型半导体带负电。（）3．本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体。（） 4．PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 5．使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏，且集电结也是正偏。（）6．晶体三极管的β值，在任何电路中都是越大越好。( ) 7．模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。( ) 8．稳压二极管正常工作时,应为正向导体状态。( ) 9．发光二极管不论外加正向电压或反向电压均可发光。( ) 10．光电二极管外加合适的正向电压时，可以正常发光。( ) 一、判断题答案：（每题1分） 1．√； 2．×； 3．√； 4．√； 5．×； 6．×； 7．√； 8．×； 9．×； 10．×。 二、填空题（每题1分） 1．N型半导体中的多数载流子是电子，P型半导体中的多数载流子是。2．由于浓度不同而产生的电荷运动称为。 3．晶体二极管的核心部件是一个，它具有单向导电性。 4．二极管的单向导电性表现为：外加正向电压时，外加反向电压时截止。5．三极管具有放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结偏置。6．场效应管与晶体三极管各电极的对应关系是：场效应管的栅极G对应晶体三极管的基极b，源极S对应晶体三极管，漏极D对应晶体三极管的集电极c。7．PN结加正向电压时，空间电荷区将。 8．稳压二极管正常工作时，在稳压管两端加上一定的电压，并且在其电路中串联一支限流电阻，在一定电流围表现出稳压特性，且能保证其正常可靠地工作。 9．晶体三极管三个电极的电流I E 、I B 、I C 的关系为：。 10．发光二极管的发光颜色决定于所用的，目前有红、绿、蓝、黄、橙等颜色。 二、填空题答案：（每题1分） 1．空穴 2．扩散运动 3．PN结 4．导通 5．反向 6．发射机e 7．变薄 8．反向 9．I E ＝I B ＋I C 10．材料 三、单项选择题（将正确的答案题号及容一起填入横线上，每题1分） 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； 半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料; 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料; 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??=2 1*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2 的禁带宽度为 3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= Θ两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- ΘT k 9.1>0 ∴21n n > ∴在高温环境下2n 更合适 1.11 在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图, 判断该半导体是n 型还是p 型半导体. 解 3 173 21002 02 0010125.1102)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p Θ是p 型半导体 1.16 硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费米能级相 对于本征费米能级的位置,画出能带图. 解 3 17010-==cm N p A 200i n p n = T=300K →3 10 105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p >Θ ∴该半导体是p 型半导体 )105.110ln(0259.0)ln(10 17 0??==-i FP i n p KT E E 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ） A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制 ② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体 5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元 高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 x2 增大，其它条件不变，则 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组 成气相总传质单元高度将（ A ）。 A. 不变 B.不确定 C.减小 D. 增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 及温度而异，单位与压强的 2、亨利系数与温度、压力的关系； E 值随物系的特性单 位一致； m 与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、 E 、 H 、 m 之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x 图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min 、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 1. 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=，试求：⑴与此液相组成相平衡的汽相组成y；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； =(P总－40)／（－40） ∴P总=； y A=x A·P A°／P总=×／= （２）α=P A°／P B°=／40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。 解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y′=′(提馏段) ∴R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x D=×= ！ 两操作线交点时, y=y′x=x′ ∴+= x F = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) ∴y′=x w =－x W= 由全塔物料衡算F=D+W F x F = D x D + W x W D =(x F—x W)/(x D－x W)F = ∵饱和液体进料 V′=V=L+D=(R+1)D=×=h - 6. 已知某精馏塔进料组成x F=，塔顶馏出液组成x D=，平衡关系ｙ＝ｘ＋，试求下列二种情况下的最小回流比R min。⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。解：R min = (x D－y q)/(y q －x q ) (1) ； y q= x q + (2) ； y q= qx q/ (q－1)－x f / (q－1) (3) ⑴q=0, 由(3) y q=x f=，由(2) x q = ， R min = 由(3) x q =x f =，由(2) y q =×+=， R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成x D=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, x q = x F = , y q =3×(1+2×=2= R min / (R min+1)= ： R min=4/5= 2. V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=+ 12. 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：（1）F=D+W ，Fx F=Dx D＋Wx W 30=D+W ，30×= D×+W× ∴D= / h W= / h （2）x q=x F= ， y q =αx q／[1+ (α—1)x q ] =×[1+ —1)×] = R min =(x D－y q)／(y q－x q)=—/ —=， ？ R = ×R min =×= 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D／（R+1) 半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华 半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料; 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料; 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??= 21*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以 Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说 GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2的禁带宽度为3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= 两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- T k 9.1>0 ∴21n n > ∴在高温环境下2n 更合适 1.11 在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图,判断该半导体是n 型还是p 型半导体. 解 3 173 2 1002 02 0010125.110 2)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p 是p 型半导体 1.16 硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费米能级相对于本征费米能级的位置,画出能带图. 解 317010-==cm N p A 2 00i n p n = T=300K →310105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p > ∴该半导体是p 型半导体 ) 105.110ln(0259.0)ln(1017 0??==-i FP i n p KT E E 1.27 砷化镓中施主杂质浓度为31610-cm ，分别计算T=300K 、400K 的电阻率和电导率。 解 316010-==cm N n D =?=?=?=-i i n K T cm n K T 4001023003 6 0 02 n n p n p n i i o o = ?= 电导率p n qp qn μμσ00+=，电阻率σ ρ1= 1.40 半导体中载流子浓度314010-=cm n ,本征载流子浓度31010-=cm n i , 非平衡空穴浓度31310-=cm p δ,非平衡空穴的寿命s n 6010-=τ,计算电子-空穴的复合率,计算载流子的费米能级和准费米能级. 解 因为是n 型半导体 t p N C n 1 0= τ cm n p p N C R t o 190 10===τδδ )ln( 0i i Fn n p n kT E E δ+=- )ln(i o Fp i n p p kT E E δ+=- 2.2 有两个pn 结,其中一个结的杂质浓度3 17315105,105--?=?=cm N cm N A D ,另一 个结的杂质浓度319317105,105--?=?=cm N cm N A D ,在室温全电离近似下分别求它们的接触电势差,并解释为什么杂质浓度不同接触电势差的大小也不同. 1章常用半导体器件题解09677 第一章常用半导体器件 自测题 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）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是。 A. I S e U B. ?Skip Record If...? C. ?Skip Record If...? （3）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 （4）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）C （4）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。 六、电路如图T1.6所示，V CC＝15V，β＝100，U BE＝0.7V。试问： （1）R b＝50kΩ时，u O＝？ （2）若T临界饱和，则R b≈？ 解：（1）R b＝50kΩ时，基极电流、集电 极电流和管压降分别为 ?Skip Record If...?μA ?Skip Record If...? 所以输出电压U O＝U CE＝2V。 图T1.6 （2）设临界饱和时U CES＝U BE＝0.7V，所以 ?Skip Record If...? 第4章常用半导体器件 本章要求了解PN结及其单向导电性，熟悉半导体二极管的伏安特性及其主要参数。理解稳压二极管的稳压特性。了解发光二极管、光电二极管、变容二极管。掌握半导体三极管的伏安特性及其主要参数。了解绝缘栅场效应晶体管的伏安特性及其主要参数。 本章内容目前使用得最广泛的是半导体器件——半导体二极管、稳压管、半导体三极管、绝缘栅场效应管等。本章介绍常用半导体器件的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及简单应用。 本章学时6学时 4.1 PN结和半导体二极管 本节学时2学时 本节重点1、PN结的单向导电性； 2、半导体二极管的伏安特性； 3、半导体二极管的应用。 教学方法结合理论与实验，讲解PN结的单向导电性和半导体二极管的伏安特性，通过例题让学生掌握二半导体极管的应用。 4.1.1 PN结的单向导电性 1. N型半导体和Ｐ型半导体 在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。 2.PN结的单向导电性 当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN结变窄,而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,视为截止(不导通)。 4.1.2 半导体二极管 1.结构 半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。 2. 二极管的种类 按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种，点接触型二极管（一般为锗管）其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。 第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t 贵州大学2008-2009学年第二学期考试试卷 A 科目名：固体电子器件原理 注意事项： 1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。 2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。 3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。 4. 满分100分，考试时间为120分钟。 题 号 一 二 三 四 五 六 七 总 分 统分人 得 分 一、能带图 (27分) 1. 画出硅pn 结零偏、反偏和正偏条件下的能带图，标出 有关能量。 (9 分) 2. 画出n 型衬底上理想的金属-半导体接触（理想金属-半导体接触的含义：金属-半导体界面无界面态，不考虑镜像电荷的作用）的能带图，(a) φm > φs , (b) φm < φs . 分别指出该接触是欧姆接触还是整流接触? （要求画出接触前和接触后的能带图）( 8 分 ) φm > φs , 得 分 评分人 φm < φs, 3. 画出p型硅衬底上理想MOS结构（理想MOS结构的含义：栅极材料与衬底半导体无功函数差，栅极-氧化层-衬底无界面态，氧化层为理想的介质层）半导体表面处于反型状态时的能带图。(5分) 4. 重掺杂的n+多晶硅栅极-二氧化硅-n型半导体衬底形成的MOS结构，假定氧化层电荷为零。画出MOS结构在平衡态的能带图，说明半导体表面状态。（5分） 二、器件工作机理和概念(35 分) 1. 简述突变空间电荷区近似的概念。 (5分) 现在以突变pn 结为例来研究平衡pn 结的特性。我们知道，在p 型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子；而在n 型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。于是，在pn 结冶金界面的两侧因浓度差而出现了载流子的扩散运动。 p 区的空穴向n 区扩散，在冶金界面的p 型侧留下电离的不可动的受主离子; 同理，n 区的电子向p 区扩散，在冶金界面的n 型侧留下电离的不可动的施主离子。电离的受主离子带负电，电离的施主离子带正电。于是，随着扩散过程的进行，在pn 结界面两侧的薄层内，形成了由不可动的正负电荷组成的非电中性区域。我们把这一区域称为pn 结空间电荷区， 如图所示。 空间电荷的出现，在pn 结两侧产生了由正电荷指向负电荷的电场E bi ， 即由n 区指向p 区的电场。这一电场称为自建电场或内建电场。在自建电场的作用下，空间电荷区内n 型侧空穴向p 区漂移，p 型侧电子向n 区漂移，同时产生与p 区空穴和n 区电子的扩散方向相反的“推挡”作用，减弱了浓度差引起的扩散运动对载流子的输运作用。当扩散运动与自建电场的作用达到动态平衡时， 载流子通过pn 结界面的净输运为零，空间电荷区的宽度不再变化，自建电场的大小也不再变化。 由于自建电场的作用，可近似认为空间电荷区内的自由载流子—电子和空穴 被完全“扫出”该区域，只剩下电离受主和电离施主原子，空间电荷区是一个高阻区，所以空间电荷区又称为耗尽区或阻挡层。此外，空间电荷区的边界虽然是缓变的，但计算表明过度区很窄，因此，可近似认为空间电荷区边界是突变的。这两个近似条件，称为突变空间电荷区近似或突变耗尽近似。在突变耗尽近似条件下，如图在-x p 到x n 之间，没有自由载流子，电阻为无穷大；在-x p 和x n 的外侧是电中性的；在-x p 和x n 处，存在一个由电中性区到耗尽区的突变界面。 得 分 评分人 化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 《模拟电子技术基础》 （教案与讲稿） 任课教师：谭华 院系：桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系 授课班级：2008电子信息专业本科1、2班 授课时间：2009年9月21日------2009年12月23日每周学时：4学时 授课教材：《模拟电子技术基础》（第4版） 清华大学电子学教研组童诗白华成英主编 高教出版社 2009 第一章常用半导体器件 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。 （一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电 路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导 电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标 1.1 半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。化工原理下册复习题
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