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）
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；
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 试题库
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 _____________
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 = = - = 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、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 型中性区存 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 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽（加上正向电压时，内电场被削弱，空间电荷区变窄） （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 C 。 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 C 。 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 B 。 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MOS 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 m i n＝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。 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。 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、 《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。 第7章 常用半导体器件 习题参考答案 7-1 计算图所示电路的电位U Y （设D 为理想二极管）。 （1）U A ＝U B ＝0时； （2）U A ＝E ，U B ＝0时； （3）U A ＝U B ＝E 时。 解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。从图中可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。 当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。本题解答如下： （1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0； （2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝E ? +9 19＝109E ； （3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝E ?+5.099＝1918E 。 7-2 在图所示电路中，设D 为理想二极管，已知输入电压u i 的波形。试画出输出电压u o 的波形图。 解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。 首先从（b ）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电阻为无穷大，相当 于断路，因此u o ＝5V ，即是说，只要判断出D 导通与否， 就可以判断出输出电压的波形。要判断D 是否导通，可 以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高 低，从而得知是否导通。 u o 与u i 的波形对比如右图所示： 7-3 试比较硅稳压管与普通二极管在结构和运用上有 何异同 （参考答案：见教材） 7-4 某人检修电子设备时，用测电位的办法，测出管脚①对地电位为－；管脚②对地电位 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．V D-I D B．V D-r D C．I D-r D D．f-I D 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 。 A．正极B．负极C．无法确定 10、下列器件中， B 不属于特殊二极管。 A．稳压管B．整流管C．发光管D．光电管 11、稳压二极管稳压，利用的是稳压二极管的 C 。 A．正向特性B．反向特性C．反向击穿特性 12、稳压管的稳定电压V Z是指其 D 。 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。 微波半导体器件及微波集成电路，从雷达，导航，电子对抗等军事应用领域。迅速扩展到微波中继通信，卫星通信，移动通信，无绳电话，卫星直播电视无线电缆电视，安全防范等众多的商用领域。这些应用领域的发展，方兴未艾，前景广阔应用的扩大，市场需求的增长，有力地促进了微渡半导体器件及微波集成电路品种的发展和性能的提高。微波半导体器件及微波集成电路的生产，也从多品种，小批量的小规模方式，迅速向集约化，大规模方式发展近年来，国外利用微波频段电磁波的特性，研制生产了大量用于非电参量的检测和无损伤探测方面的微波传感器。 微波传感器具有不接触，无损伤，连续，实时，远距离，无毒害，不污染环境，易于维护，成本较低等一系列优点，在许多场合十分有用。长期来，传感器的电检测技术基本上局限于低频和光频两个频段并从集成电路参数和电压，电流的观点来研究各种传感器的性能，很少使用它们之间的微波频段并从电磁波的角度来研究传感器。本文的目的在于引起人们对微波传感器这一新兴领域的重视我们相信。随着这一领域的开拓和发展，不仅为传感器增加了新的分支和新的品种而且也为微波半导体器件和微波集成电路开辟了新的应用前景。 微波传感器的原理电磁波包括的频谱范围极宽，它们的特性因频率不同而各异。它的低端频率为300，高端可达300。微波具有一系列特性，用来进行非电参置的无损检测是很合适的。例如，微波具有良好的定向辐射性能，在自由空间沿直线传播且速度等于光速，在反射，折射，绕射，散射，干涉时遵循与光同样的物理定律。微波能够穿透大多数非金属材料，包括许多对光波来说是不透明的材料。并且与这些材料的分子相互作用。从内部不均匀处产生反射，散射。微波遇到良导体时几乎全部反射，良导体在徽捩频率的趋肤深度仅几微米第四，介质对微波正比于介质的介电系数。水的电系数较大，对微波的吸收很强第五，当微波被运动物体所反射时，微波的频率会变化。其变化的大小与运动物体的速度有关，这就是所谓的多卜勒效应。利用微波特性可以制成众多的传感器。按其作用原理，可分为下面几大类型。利用微波在自由空间传播速度的恒定性，根据收，发信号的时间差来测定距离。或者根据入射，反射信号之间的相移距离，位移等几何量。利用微波的移特性来测量速度，加速度，流速等机械量。利用微波对许多材料的穿透特性，可探测这些材料的内部结构特性。微波容易穿透许多非金属材料，如塑料，陶瓷，复台介质材料等。因此，传输波(或反射波)的幅度，相位以及极化方向的变化，将含有关于材料的内部缺陷，化学成份，密度，均匀性，空隙率，固化率，含水率等信息。微波相位和幅度的这种变化将变换成为谐振频率和品质因数的变化。利用被测物质的热辐射，预'定物体在微波频率的热辐射能量就能确其表面温度或发射率，利用许多材料对微波的"透明或"半透明"性质，还可测量它们的次表面温度。 微波传感器实现的技术途径利用微波特性制造用于非电参量的检测和无损伤探测的微波传惑器，采用什么技术途径来实现，这要由具体情况来确定，包括对象特征的分析以及对欲达到的灵敏度，准确度和分辨率等的考虑。检测待测量信息的方法有传输法，反射法和微扰法等三种。要从反射度或传输波中检出它们所携带的信息，一般的作法是把它们与一个参考信号进行幅度或相位的比较。参考信号既可以是入射渡，也可以是从微波振荡器分出的一部份信号或另一路中的 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)半导体器件复习题与参考答案
1章 常用半导体器件题解
常用半导体器件
温湿度文献综述
常用半导体器件
常用半导体器件习题考答案
01常用半导体器件练习题
半导体基础知识和半导体器件工艺
微波半导体器件及微波集成电路
MOS晶体管电学特性测量毕业论文,绝对精品
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