半导体器件原理简明教程习题答案傅兴华教学内容
模拟电子技术基础简明教程(第三版) 第一章
压 U(BR) – 0.04
反向饱和 电流
反向特性
如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；
这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。
击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正 常。
3. 伏安特性表达式(二极管方程)
U
I IS (e UT - 1)
IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量
半导体导电性能是由其原子结构决定的。
硅原子结构 最外层电子称价电子 锗原子也是 4 价元素
4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的 正离子和周围 4个价电子表示。
价电子
(a)硅的原子结构图
+4
(b)简化模型
图 1.1.1 硅原子结构
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
V
R
图 1.2.2
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电 流过大，可接入电阻 R。
2. PN 结外加反向电压(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产 生反向电流 I ；
综上所述：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。一般来说， 当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj Cd；当反向 偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj Cb。
数字电子技术基础简明教程课件——半导体器件
四、PN结及其单向导电性 1、漂移运动与扩散运动 半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种 运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称 为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分 布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高 的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩 散运动。
11
2、PN结的形成
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导 体，当P型半导体和N型半导体相互“接触”后，由于两类半导体 中多子（电子和空穴）浓度差的存在，在它们的交界面附近便出 现了电子和空穴的扩散运动。 N区界面附近的多子电子将向P区 扩散，并与P区的空穴复合，在N区界面附近剩下了不能移动的施 主正离子，形成一个很薄的正电荷层。同样P区界面附近的多子 空穴将向N区扩散，并与N区的电子复合，在P区界面附近剩下了 不能移动的受主负离子，形成一个很薄的负电荷层。于是在两种 半导体的交界面附近便形成了一个空间电荷区，这就是PN结。 PN结内不能移动的正负离子称为空间电荷区，在PN结内载流 子的浓度远低于结外的中性区，载流子几乎全部扩散到对方并被 复合掉了，或者说载流子被消耗尽了，故又称为耗尽区。
不能用万用表检测mos管管脚的极性而应使用专用测64六场效应管与半导体三极管的性能比较表12场效应管与半导体管性能比较较简单易于集成较复杂制造工艺抗辐射能力较小较大噪声受温度影响n沟道p沟道pnpnpn类型15mav20200放大系数电压控制电流控制控制方式只利用多数载流子工作称为单极型器件既利用多数载流子又利用少数载流子故称为双极型器件导电结构场效应管半导体三极管性能65一填空题2n沟道增强型mos管在时才能形成导电沟道此时在漏源极间加上正向电压udsgsth1场效应管三个电极sg和d分别称为栅极二单项选择题1场效应管是一种器件
P
半导体工艺原理测试题及答案大全
半导体工艺原理测试题及答案大全一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于半导体材料的叙述中，错误的是：A. 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间。
B. 半导体材料的导电性随温度升高而增加。
C. 半导体材料的导电性受光照影响。
D. 半导体材料的导电性不受掺杂影响。
答案：D2. 在半导体工艺中，光刻技术主要用于：A. 沉积薄膜B. 氧化C. 刻蚀D. 形成图案答案：D3. 下列哪种掺杂方式可以增加半导体的导电性？A. N型掺杂B. P型掺杂C. 无掺杂D. 以上都是答案：D4. 氧化层在半导体工艺中的作用不包括：A. 保护B. 绝缘C. 导电D. 隔离答案：C5. 扩散工艺在半导体工艺中主要用于：A. 形成晶体管B. 形成绝缘层C. 形成金属层D. 形成氧化层答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 在半导体工艺中，____是形成晶体管PN结的关键步骤。
答案：扩散2. 半导体工艺中的氧化层通常采用____材料。
答案：二氧化硅3. 光刻胶在光刻过程中的作用是____。
答案：形成掩模4. 离子注入技术可以用于____掺杂。
答案：N型或P型5. 在半导体工艺中，____技术用于去除不需要的材料。
答案：刻蚀三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述CMOS工艺中晶体管的工作原理。
答案：在CMOS工艺中，晶体管的工作原理基于PN结的开关特性。
N型晶体管（NMOS）在栅极电压高于源极电压时导通，而P型晶体管（PMOS）在栅极电压低于源极电压时导通。
通过控制栅极电压，可以实现晶体管的开关控制。
2. 描述氧化层在半导体工艺中的作用。
答案：氧化层在半导体工艺中主要起到保护、绝缘和隔离的作用。
它可以保护硅片不受化学腐蚀，防止杂质扩散，同时作为绝缘层隔离不同的晶体管或电路元件，确保电路的稳定性和可靠性。
3. 离子注入技术在半导体工艺中的应用是什么？答案：离子注入技术在半导体工艺中主要用于掺杂，通过将掺杂原子注入硅片，可以精确控制掺杂的类型、浓度和深度，从而制造出具有特定特性的半导体器件，如晶体管、二极管等。
半导体器件原理简明教程
半导体器件原理简明教程本文主要介绍半导体器件、二极管、三极管以及场效应管，并阐述有关基本概念及分析方法。
内容包括：半导体根底知识、半导体二极管及二极管的应用、稳压二极管及其稳压电路，半导体三极管与场效应管的构造分类、特性曲线等。
一、半导体根底知识自然界的物质，按照导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
完全纯净的、构造完整的半导体晶体称为本征半导体。
半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。
自由电子在运动中与空穴相遇就会填补空穴，使二者同时消失，这种现象称为复合。
一定温度下，本征激发产生的自由电子和空穴对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，到达动态平衡。
在本征半导体中掺入杂质，可以形成N型半导体和P 型半导体。
在N型半导体中，自由电子的浓度远大于空穴的浓度，因此自由电子称为多数载流子（简称多子），而其中空穴称为少数载流子（简称少子）。
N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，自由电子的浓度就越高，导电性能也就越强。
在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，因此空穴称为多数载流子（简称多子），而其中自由电子称为少数载流子（简称少子）。
P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，空穴的浓度就越高，导电性能也就越强。
对于杂质半导体来说，无论是N型还是P型半导体，从总体上看，仍然保持着电中性。
在PN结中开展着两种载流子的运动：多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动。
在无外电场和其他激发作用下，多子的扩散运动和少子的漂移运动到达动态平衡。
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
PN加正向电压是导通，加反向电压是截止。
因此PN结具有单向导电性。
二、半导体二极管在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。
由P 区引出的电极称为阳极，由N区引出的电极称为阴极。
半导体器件补充习题答案
25001二极管电路如图25001所示，求电流1I 、2I 、3I 和I 。
答：因为1D 、2D 、3D 为共阳极接法，所以在此电路中只有2D 导通，而1D 、3D 截止。
所以 mA I 151692=+=mA I I 152-=-=01=I 03=IΩk V图25001Ωk V图2500225002二极管电路如图25002所示，求电流1I 、2I 、3I 和I 。
答：因为1D 、2D 、3D 为共阴极接法，所以在此电路中只有2D 导通，而1D 、3D 截止。
所以mA I 31362=-=mA I I 32==01=I 03=I25003电路如图)(25003a ，设1Z D 的稳定电压为V 5，2Z D 的稳定电压为V 7，两稳压管的正向压降均为零伏，在tV u i ωsin 10=[波形如图)(25003b 所示]的作用下，试画出o u 的 波形。
当V 5≥i u 时，输出电压V u o 5=。
o图25003(a)(c)26001 在图26001所示的各电路中，通过计算确定晶体管工作于何种状态。
（设各管0.6BE U =V ）……(A )答：图（a ）电路基极电流为 3 2.40.083030BE B U I mA -=== 极电极电流350.08 2.8c B I I mA β==⨯= 集电极饱和电流62.42.5cs I mA ≈= 图（b ）电路基极电流 6 5.40.15454BE B U I mA -=== 极电极电流500.15c B I I mA β==⨯= 集电极饱和电流12121cs I mA ≈=因c cs I I <，故晶体管处于放大状态。
图（c ）电路因6BE U =-V,故基极电流和集电极电流均为0，晶体管处于截止状态。
6V k Ω35=12V k Ω50=12V k Ω-30=图26001。
(最新整理)半导体物理知识点及重点习题总结
半导体物理知识点及重点习题总结编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（半导体物理知识点及重点习题总结）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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基本概念题：第一章半导体电子状态1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空,价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多.1.2能带晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。
1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法.答：能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程.通过该方程和周期性边界条件最终给出E—k关系,从而系统地建立起该理论。
单电子近似：将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。
绝热近似：近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。
1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法答案：克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E—k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示在频率为时便观测到共振吸收现象。
1。
6 直接带隙材料如果晶体材料的导带底和价带顶在k空间处于相同的位置,则本征跃迁属直接跃迁，这样的材料即是所谓的直接带隙材料。
1。
6 间接带隙材料如果半导体的导带底与价带顶在k空间中处于不同位置，则价带顶的电子吸收能量刚好达到导带底时准动量还需要相应的变化第二章半导体杂质和缺陷能级2。
半导体器件附答案
第一章、半导体器件（附答案）一、选择题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. B. C.3．稳压管的稳压是其工作在 ________A. 正向导通B. 反向截止C. 反向击穿区4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________A. 结型场效应管B. 增强型 MOS 管C. 耗尽型 MOS 管5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________A. 多数载流子B. 少数载流子C. 既有多数载流子又有少数载流子6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____A. 增加B. 减少C. 不变7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻，两次测量结果 ______A. 相同B. 第一次测量植比第二次大C. 第一次测量植比第二次小8．面接触型二极管适用于 ____A. 高频检波电路B. 工频整流电路9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____A. 2CZ11B. 2CP10C. 2CW11D.2AP610．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=。
若其他参数不变，当温度上升到40℃，则D U 的大小将 ____A. 等于 0.7VB. 大于 0.7VC. 小于 0.7V11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____A. 两种B. 三种C. 四种12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态，由此可知输出电压O U 为 _____A. 6VB. 7VC. 0VD. 1V13．将一只稳压管和一只普通二极管串联后，可得到的稳压值是（ ）A. 两种B. 三种C. 四种14．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 __（1）__，而少数载流子的浓度与 __（2）__有很大关系。
半导体器件及其放大电路详细课件讲解和习题共66页文档
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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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.kE 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()(1082.4215Tdp 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(0.31.121Tk 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 317321002020010125.1102)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 200i n p n = T=300K →310105.1-⨯=cm n i330201025.2-⨯==∴cm p nn i 00n p > ∴该半导体是p 型半导体)105.110ln(0259.0)ln(10170⨯⨯==-i FPi n p KT E E1.27 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 40010230036 002n n p n p n ii o o =⇒= 电导率p n qp qn μμσ00+=，电阻率σρ1=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 10=τ cm n p p N C R t o 19010===τδδ)ln(0i i Fn n p n kT E E δ+=- )ln(io Fp i n pp kT E E δ+=- 2.2 有两个pn 结,其中一个结的杂质浓度317315105,105--⨯=⨯=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.解 接触电势差)ln(2iD A D n NN 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 i21061761619232)105.1(101010105ln 106.13001038.1)ln(⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----iD A D n N N q kT V =V 21002.8-⨯ 正偏:1919108.01037.0)(--⨯=⨯=-qV V V q D 反偏:1919106.110728.1)(--⨯=⨯=+R R D V q V V q2.12 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=16002m 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)310105.1300-⨯=⇒=cm n K T is s p n 6101-===μττ 252106.11600cm m A s -⨯==μs d d A I J =)exp(0kT qVJ 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 00qkT J J q kT J J q kT V d d =-=∆ (3)31310400-=⇒=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(=-=od o d J J kT qVJ 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 601064313=⨯=-(2)21335243102,300106--⨯=∴=⨯=cm N V N V D DB)·/(1350112s cm qn n nνμμσρ===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DA DA rB 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1361045.8--⨯=cm C i ，锗pn 结1341025.6--⨯=cm C i ）解 n nq n qn μρμσρ=⇒==11n N N V D D B =⨯=-,106431381)8(0εεi D c C qN E = cB c B E VW 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。
解 (1)C B A B B ENB E BPE 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)(21102022(3)ptC ptB ptA CB C B Bpt V V V N N N N x V <=⇒+=)(202εε (4)TBTC TA A D A D D T C C C N N N N V V q A C >=⇒++-=BD B0N N N ·]·)(2[21εε (5)3.9 硅npn 晶体管的材料参数和结构如下：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ααβγδαα-==1,T B b B s r BE s r nB nB B T E nB E BpE B W n qD J J kTqV J J D W W D N W D N 00i 0002,2Wqn )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221nBB T L Wηα-=（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 sER R -=1γ(sER &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ααβ-=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Tajm 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315105-⨯=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。