电子材料与器件习题解析
5.6 最小电导率
a. 考虑半导体的电导率e h en ep σμμ=+。掺杂总是能提高电导率吗？
b. 请说明：当Si 的p 型掺杂而使空穴浓度为下式所表示的值时，可以得到最小的电导率。
m p n =与该式对应的最小电导率（最大电阻率）为
min 2en σ=
c. 对Si 计算m p 和min σ，并与本征值进行比较。 解析：
a. 半导体的电导率e h en ep σμμ=+，其中，n 和p 满足质量作用定律
2exp()g i c v E np n N N kT
==-
，在一定的温度下，np 为常数。
当掺杂增大电子浓度n 时，空穴浓度p 则会减小，反之亦然。在掺杂浓度一定时，由于e h μμ>，如果对半导体进行n 型掺杂，则n>p ，显然随着掺杂浓度的增大，电导率σ会增大；如果对半导体进行p 型掺杂，则n
b. 将2
i np n =即2
i n n p
=带入e h en ep σμμ=+得
2
i e h n e ep p
σμμ=+
e h μμ>，因此，当Si 的p 型掺杂而使空穴浓度逐渐增大时，电导率σ先减小
后增大。对2i e h n e
ep p σμμ=+求导得2'
2i e h n e e p
σμμ=-+，令'0σ=得p n =
相应地2en σ=m p n =
min 2en σ=。
c. 室温下，对于Si ，103i 1.010n cm -=?，2111350e cm V s μ--=??，211450h cm V s μ--=??，
带入m p n =min 2en σ=得 1031031.710 1.010m i p cm n cm --=?>=?
611611min i 2.510 2.910cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω?
若取103i 1.510n cm -=?，则有
1031032.610 1.510m i p cm n cm --=?>=?
611611min i 3.710 4.310cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω?
5.13 砷化镓 Ga 具有的化合价是3，而As 具有的化合价是5。当Ga 和As 原子一起形成GsAs 单晶体时，如图5.54所示，一个Ga 的3个价电子与一个As 的5个价电子均共享，结果形成4个共价键。在具有大约23310cm -Ga 原子和As 原子（数量几乎相等）的GsAs 晶体中，无论是Ga 还是As ，每个原子平均具有4个价电子。因此我们可以认为：其价键的结合与Si 晶体中的相似，每个原子4个键。然而，它的晶体结构却不是金刚石结构，而是闪锌矿结构。
a. 对于每对Ga 和As 原子，以及在GaAs 晶体中，每个原子的平均价电子数是多少？
b. 如果在GaAs 晶体中以Ⅵ族元素硒（Se ）或碲（Te ）代替As 原子，情况如何？
c. 如果在GaAs 晶体中以Ⅱ族元素锌（Zn ）或镉（Cd ）代替Ga 原子，情况如何？
d. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替As 原子，情况如何？
e. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替Ga 原子，情况如何？两性掺杂表示什么？
f. 基于以上对GaAs 的讨论，你认为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体AlAs ，GaP ，InAs,InP 和InSb 的晶体结构是什么？
解：
a. 对于每对Ga和As原子，）以及在GaAs晶体中，每个原子的平均价电子数是
4.
b. Ⅵ族元素硒（Se）或碲（Te）具有的化合价是6，Ga具有的化合价是3。当在GaAs晶体中以硒（Se）或碲（Te）代替As原子时，一个Ga的3个价电子与一个硒（Se）或碲（Te）的5个价电子共享，形成4个共价键，而每个硒（Se）或碲（Te）剩余1个价电子未能组成价键，这个电子便围绕硒（Se）或碲（Te）原子运行。室温下，由于GaSe或GaTe晶格的振动，该价电子很容易被释放，即硒（Se）或碲（Te）原子成为施主原子。
c. Ⅱ族元素锌（Zn）或镉（Cd）具有的化合价是2，As具有的化合价是5。当在GaAs晶体中以硒锌（Zn）或镉（Cd）代替Ga原子时，一个硒锌（Zn）或镉（Cd）的2个价电子与As的5个价电子共享，形成4个共价键，但其中一个价键将少一个电子，即有一个空穴，临近的电子可以通过隧穿进入该空穴，并且室温下该空穴可摆脱Zn-或镉Cd-格点而成为自由空穴，即硒锌（Zn）或镉（Cd）原子成为受主原子。
d. Ga具有的化合价是3，Si具有的化合价是4。当在GaAs晶体中以Ⅳ族元素硅（Si）代替As原子时，一个Ga原子的3个价电子与Si的4个价电子共享，形成4个共价键，但其中一个价键将少一个电子，即有一个空穴，临近的电子可以通过隧穿进入该空穴，并且室温下该空穴可摆脱Ga-格点而成为自由空穴，即Ga原子成为受主原子。还是Si是施主原子？
e. Si具有的化合价是4，As具有的化合价是5。当在GaAs晶体中以Ⅳ族元素硅（Si）代替Ga原子，一个Si的4个价电子与As的4个价电子共享，形成4个共价键，而每个As剩余1个价电子未能组成价键，这个电子便围绕As原子运行。室温下，由于SiAs晶格的振动，该价电子很容易被释放，即As原子成为施主原子。还是Si是受主原子？
两性掺杂是指同时具有施主和受主来控制其性能的掺杂，对于GaAs晶体，当用Si原子进行掺杂时，由上面的讨论可知，Si原子既可代替Ga原子，又可以代替As原子。。。
f. 基于以上对GaAs的讨论，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体AlAs，GaP，InAs,InP和InSb
的晶体结构应该是闪锌矿结构。
5.26 肖特基接触与欧姆接触 考虑一个以施主浓度为16310cm -掺杂的n 型Si 样品，其长度为100μm ，横截面积A 为10m 10m μμ?。样品两端标记为B 和C 。Si 的电子亲和能χ是4.01eV ，在B 和C 接触的4种可能的金属的功函数如表5.5所示。
表5.5 功函数（eV ）
Cs Li Al Au 1.8
2.5
4.25
5.0
a. 理想情况下，哪些金属将产生肖特基接触？
b. 理想情况下，哪些金属将产生欧姆接触？
c. 如果B 和C 均为欧姆接触，请画出I-V 特性的草图；I 与V 之间是什么关系？
d. 如果B 为欧姆接触，C 为肖特基接触，请画出I-V 特性的草图；I 与V 之间是什么关系？
e. 如果B 和C 均为肖特基接触，请画出I-V 特性的草图；I 与V 之间是什么关系？ 解：
对于n 型Si ，掺杂浓度16310d N cm -=，由于1031.010d i N n cm ->>=?，所以
1031.010d n N cm -==?
由()exp c Fn c d E E n N N kT -??=-=????
得 1916
2.810(0.026)0.20610c
c Fn d
N
E E kTIn eV In eV N ?????-=== ? ?????
则该n 型Si 的功函数为
() 4.216n c Fn E E eV φχ=+-=
理想情况下，当金属的功函数m φ高于半导体的功函数n φ时可以产生肖特基接触，反之可以产生欧姆接触，所以
a. 理想情况下，Al 和Au 将产生肖特基接触。
b. 理想情况下，Cs 和Li 将产生欧姆接触。
c. 如果B 和C 均为欧姆接触，电流由半导体体区部分的电阻决定，电流密度为
J E σ=，其中σ是半导体体区部分的电导率，E 是在该部分所加的电场。则有
e h d e en ep eN σμμμ=+≈
U E l = I J A
=
所以有
d e I U
eN A l
μ=，即 191644100
(1.610)(10)(1300)(10) 2.110100
d e A I eN U U U l μ---=≈??=?
电流与电压为线性关系。
d. 当B 端电压为正、C 端电压为负时，由于B 端为欧姆接触，其电阻小于半导体体区电阻，C 端为肖特基接触其电阻高于半导体体区电阻，电压降落在高阻区，
因此电流由C 端决定，C 端为肖特基结反向偏置，有11exp B J J C kT φ??
≈=- ???，反
向饱和电流为20exp B e J B T kT φ??
=- ???
。
当B 端电压为负、C 端电压为正时，B 端为欧姆接触，其电阻小于半导体体区电阻，C 端为肖特基接触其电阻高于半导体体区电阻，电压降落在高阻区，因此
电流由C 端决定，C 端为肖特基结正向偏置，有 0=exp 1eV
J J kT ??
??-
???????
。（对不对？） e. 如果B 和C 均为肖特基接触，当B 端为正、C 端为负时，B 端肖特基结正向
偏置而C 端肖特基结反向偏置，因此电流由C 端决定，有11exp B J J C kT φ??
≈=- ???,
反向饱和电流为20exp B e J B T kT φ??
=- ???
。
当B 端为负、C 端为正时，B 端肖特基结反向偏置而C 端肖特基结正向偏置，
因此电流由B 端决定，有11exp B J J C kT φ??
≈=- ???
，反向饱和电流为
20exp B e J B T kT φ??
=- ???
。
6.2 Si pn 结 考虑一个长pn 结二极管，其p 区的受主掺杂浓度为18310a N cm -=，n 区的施主掺杂浓度为d N 。二极管正向偏置，外加偏压0.6V 。结横截面是1mm 2。
少数载流子复合时间τ取决于掺杂浓度3
()dopant N cm -并遵守下列近似关系：
7
17510(1210)
dopant N τ--?=+?
a. 假如15310d N cm -=，那么耗尽层基本上扩展到n 区，我们不得不考虑这个区域的少数载流子复合时间h τ。计算扩散和复合对总的二极管电流的贡献。你的结论是什么？
b. 假如183
10d a N N cm -==，那么耗尽区宽度W 向两边扩展等宽，而且h e ττ=。
计算扩散和复合对总的二极管电流的贡献。你的结论又是什么？ 解：
外加偏压0.60.026kT
V V V e
=>
=，对于长二极管，正偏时其总电流密度为 00=exp exp 2s r eV
eV J J J kT
kT ????+
? ?????
其中，0=exp s eV
J J kT
??
???为扩散电流密度，0=exp 2r eV J J kT
??
???
为复合电流密度，且 2
0h e s i h d e a eD eD J n L N L N ??=+ ???
02p i n r e h W en W J ττ??
=
+ ???
。
a. 当18310a N cm -=，15310d N cm -=时，耗尽层基本上扩展到n 区，该区域少数载流子的复合时间为
77
1715
510 4.9010(121010)
h s s τ---?==?+??
根据图5.19，在掺杂浓度为15310dopant N cm -=的条件下，空穴的漂移迁移率是
121450cm V s --??，所以由爱因斯坦关系式//h h D kT e μ=得
11212/(450)(0.0259)11.655h h D kT e cm V s V cm s μ---=≈??=?
则有
32.391023.9h L cm m μ-===?=
由于d a N N <<，所以
119222103211203153
(1.610)(11.655)(1.010)7.8010(2.3910)(10)h e h s i i h d e a h d eD eD eD C cm s J n n cm A cm L N L N L N cm cm -------????=+≈=?=?? ????则扩散电流密度为
1122
00.6=exp (7.8010)exp 0.900.0259s eV
V J J A cm A cm kT
V
---????=??=?
? ?????
扩散电流为
22(0.90)(0.01)9.0I JS A cm cm mA -==?=
若取103i 1.510n cm -=?，则有
102
0 1.7610s J A cm --=??
2=2.02J A cm -?
20.2I mA =
未加偏压时该pn 结二极管的内建电势V 0为
181502102
(10)(10)(0.0259)0.775(1.010)a d i N N kT V In V In V e n ===?
由于d a N N <<，所以耗尽区宽度W 为
1/2
1/2
12701921
2()2(11.9)(8.8510)(0.7750.6) 4.80100.48(1.610)(10)d V V W m m eN εμ---??
??
-?-===?=??
?????
??
而n p n W W W W =+≈，则
191035
8207(1.610)(1.010)(4.8010)7.8410222(4.9010)
p i n i
r e h h W en W enW C cm cm J A cm s τττ------?????=+≈==?? ?
???
则复合电流密度为
8232
00.6=exp (7.8410)exp 8.411022(0.0259)r eV V J J A cm A cm kT V ----????=??=?? ? ?
???? 复合电流为
322(8.4110)(0.01)0.084I JS A cm cm mA --==??=
若取103i 1.510n cm -=?，则有
00.754V V
=
0.45W m
μ=
72
0 1.1010r J A cm --=??
22
=1.1810J A cm --??
0.118I mA =
则总电流为
9.00.0849.0I mA mA mA =+≈
综上，当长pn 结二极管一端为重掺杂时，总的二极管电流主要由扩散产生，复合对总的二极管电流的贡献很小。
b. 当18310d a N N cm -==时，耗尽区向两边等宽扩展，且
78
1718510 2.3810(121010)
h e s s ττ---?===?+??
根据图5.19，在掺杂浓度为18310dopant N cm -=的条件下，电子和空穴的漂移迁移
率分别是121250cm V s --??和1
21150cm V s --??，由爱因斯坦关系式//h h D kT e μ=和
//e e D kT e μ=得
11212/(150)(0.0259) 3.885h h D kT e cm V s V cm s μ---=≈??=? 11212/(250)(0.0259) 6.475e e D kT e cm V s V cm s μ---=≈??=?
则有
43.0410 3.04h L cm m
μ-==?=
4
3.9210 3.92
e
L cm m
μ
-
===?=
所以
1919
2102132 0418418
(1.610)(3.885)(1.610)(6.475)
(1.010) 4.6910
(3.0410)(10)(3.9210)(10)
h e
s i
h d e a
eD eD C
J n A cm L N L N
--
--
--
????
??
=+=+?=??
???
??
??
??
则扩散电流密度为
13232
0.6
=exp(4.6910)exp 5.4010
0.0259
s
eV V
J J A cm A cm
kT V
----
????
=??=??
? ?
????
扩散电流为
322
(5.4010)(0.01)54.0
I JS A cm cm A
μ
--
==??=
若取103
i
1.510
n cm-
=?，则有
122
1.0610
s
J A cm
--
=??
-22
=1.2210
J A cm-
??
122
I A
μ
=
未加偏压时该pn结二极管的内建电势V0为
1818
02102
(10)(10)
(0.0259)0.954
(1.010)
a d
i
N N
kT
V In V In V
e n
===
?
则耗尽区宽度W为
1/21/2
12
8
1924
2()()2(11.9)(8.8510)2(0.9540.6)
3.0510
(1.610)(10)
a d
a d
N N V V
W m
eN N
ε-
-
-
????
+-?-
===?
????
?
??
??
由
a p d n
N W N W
=得8
/2 1.5310
p n
W W W m
-
===?，则
6
191072 08
1.5310
(1.610)(1.010) 1.0310
2 2.3810
p p
i n
r i
e h e
W W
en W
J en A cm
τττ
-
---
-
????
?
=+==??=??
? ?
?
??
??
则复合电流密度为
7222
0.6
=exp(1.0310)exp 1.1010
22(0.0259)
r
eV V
J J A cm A cm
kT V
----
??
??
=??=??
?
?
????
复合电流为
222
(1.1010)(0.01)110
I JS A cm cm A
μ
--
==??=
则总电流为
54.0110164.0I A A A μμμ=+=
若取103i 1.510n cm -=?，则有
00.933V V
=
-82.9610W m
=?
7
2
0 1.4910r J A cm --=??
22
=1.6010J A cm --??
160I A μ=
总电流为
122160282I A A A μμμ=+=
综上，当长pn 结二极管两端掺杂浓度相差不多时，总的二极管电流由扩散和复合产生。
6.5 雪崩击穿 考虑一个Si p +n 结二极管，要求它的雪崩击穿电压为25V ，给出图6.19中的击穿电场E br ，施主掺杂浓度应该是多少？ 解：
已知N d < 1/2 1/2 002()2()11()r r a d d V V V V W e N N eN εε?? ?? ++=+≈?? ??? ??? 由式6.4可知，最大电场为 002()r V V E W +=- 令r br V V =，0br E E =，则有 1/2 1/2 002()2()d br d br br br eN V V eN V E V V εε+???? =-≈-< ?? 当场强的单位为V/μm ，掺杂浓度的单位为cm -3时，有 2 1262132 019 (8.8510)(11.9)(10) 1.310()22(1.610)(25) br d br br br br E N E E V V eV ε--?===?< 6.13 JFET 放大器 考虑一个夹断电压V P =5V 和I DSS =10mA 的n 沟JFET 。它用于图6.34（a ）中所示的共源结构，其中栅源偏压V GS =-1.5V 。假定V DD =25V a. 如果需要达到小信号电压增益10，漏极电阻R D 应该是多少？V DS 是多少？ b. 如果峰峰3V 的交流信号施加到栅极与直流偏压串联，那么交流输出的峰峰电压是多少？对于正输入信号和负输入信号的电压增益是多少？你的结论如何？ 解： a. 对于小信号输入，其电压增益为 []1/2 () 2DSS DS V m D D GS off I I A g R R V =-= 其中， ()5GS off P V V V =-=- 2 2 () 1.51(10)1 4.95GS DS DSS GS off V I I mA mA V ?????-???=-=-=?? ? ??? ?-?????????? 则有 1/2 3332(1010)(4.910)(2.810)(5) V D D A A A R S R V ---??????= =-?- 即 33 10 3.57(2.810)(2.810) V D A R k S S ---= ==Ω-?-? 33(25)(4.910)(3.5710)7.51DS DD DS D V V I R V A V -=-=-??Ω= b. v gs (V) V GS (V) I DS (mA) i d (mA) V DS =V DD -I DS R D (V) v ds (V) 电压增益 备注 0 -1.5 4.9 0 7.5 静态工作点 -1.5 -3 1.6 -3.3 19.3 11.8 -7.9 负峰值 +1.0 -0.5 6.0 1.1 3.5 -3.9 -3.9 正峰值 +1.5 0 10 5.1 -10.7 -18.2 -12.1 正峰值(无效) 2 ()()1(,)GS DS DSS GS P DS DS sat GS off V I I V V V V V ????=->->?? ? ??????? d DS i I =? d s D d V R i =- DS DD DS D V V I R =- ()5 1.5 3.5DS sat P GS V V V V V =+=-= 正输入信号的电压增益为4ds V gs v A v + + +=≈- 负输入信号的电压增益为8ds V gs v A v - - -=≈- 可以看出，由于I DS -V GS 的非线性关系，对于大信号输入，正输入信号和负输入信号的电压增益相差很多，导致输出信号的不对称增强。 CMOS图像传感器工作原理和应用 姓名： 学院： 班级： 组号： 日期：2014年12月9日 摘要 随着集成电路制造工艺技术的发展和集成电路设计水平的不断提高，基于CMOS集成电路工艺技术制造的CMOS图像传感器由于其集成度高、功耗低、体积小、工艺简单、成本低且开发周期较短等优势，目前在诸多领域得到了广泛的应用，特别是数码产品如数码相机、照相手机的图像传感器应用方面，市场前景广泛，因此对CMOS图像传感器的研究与开发有着非常高的市场价值。 本文首先介绍了CMOS图像传感器的发展历程和工作原理及应用现状。随后叙述了CMOS图像传感器的像元、结构及工作原理，着重说明了成像原理和图像信号的读取和处理过程，以及在数字摄像机，数码相机，彩信手机中的应用方式。 一、CMOS图像传感器的发展历史 上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念： 互补金属氧化物半导体图像传感器CMOS —Complementary Metal Oxide Semiconductor 电荷耦合器件图像传感器（CCD） CMOS与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步，固体图像传感器得到了迅速发展。 CMOS图像传感器： 由于受当时工艺水平的限制，图像质量差、分辨率低、噪声降不下来，因而没有得到重视和发展。 CCD图像传感器： 光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。 由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 1970年,CMOS图像传感器在NASA的喷气推进实验室JPL制造成功， 80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件， 1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS 有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功。 1997年英国爱丁堡VLSI Version公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化。 2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS， 光电子技术的应用和发展前景 姓名：曾倬 学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术 指导老师：黄晓莉 摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输 损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子 产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。 目录 （一）光电子与光电子产业概况 （二）光电子的地位与作用 （三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四）国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用 （一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。 采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一 《光电材料与器件》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学信息与通信学院 2008年12月 实验一光电池及LED光源特性测试 一．实验目的 1 理解光电池的光电转换机理及主要特性参数。 2 理解LED光源的电光转换机理、驱动方式及主要特性参数。 3 掌握两种器件的应用及参数的测试方法。 二．实验内容 1 测量光电池的开路电压、短路电流和伏安特性。 2 测量LED光源的驱动特性及电光转换效率。 三．实验原理 光电池是由一个面积较大的PN结构成，它是一种直接将光能转换成电能的光电器件，这种器件是利用光生伏特效应，当光线照射到P-N结上时，就会在P-N结两端出现电动势（P区为正；N区为负），若负载接入PN结两端，光电池就有功率输出。光电池对不同的波长的光反映的灵敏度是不同的，按制作材料不同可分为硅光电池和硒光电池，光谱特性如图1所示。 图1 光谱特性图2 光电特性 图1中硅光电池的光谱响应范围是波长4000?——12000?，在波长为8000?时达到峰值，而硒光电池的峰值出现在5000 ?左右，波长的范围是3800——7500?，1埃=0.1nm。 图2中硅光电池的开路电压与光照是一种非线性关系，当光照强度在200勒克斯时就趋向饱和。而短路电流在很大的范围内与光照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究，因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。需要说明的是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。实验时外负载电阻<15Ω时，就认为是短路电流，而>5.0K时，就认为是开路电压。经实验证明外负载越小线性度越好。 不同颜色的光有不同的波长，因此光电池的光照频率也不同，光电池的频率特性是指输出电流随调制光的频率变化的关系，图3分别表示硅光电池与硒光电池的频率响应曲线，可见硅光电池有较好的频率特性，而硒光电池则较差。太阳能辐射能量主要集中在1.3-32um的波长范围，表面温度近6000K的太阳能辐射出的能量95%以上的部分分布在波长小于2um的光谱范围。而对于温度为几百K的物体其辐 微纳电子器件 第三章 硅基纳米CMOS器件技术 2、亚微米、 深亚微米MOS管器件 栅极材料的要求 5.6 最小电导率 a. 考虑半导体的电导率e h en ep σμμ=+。掺杂总是能提高电导率吗？ b. 请说明：当Si 的p 型掺杂而使空穴浓度为下式所表示的值时，可以得到最小的电导率。 m p n = 与该式对应的最小电导率（最大电阻率）为 min 2en σ= c. 对Si 计算m p 和min σ，并与本征值进行比较。 解析： a. 半导体的电导率e h en ep σμμ=+，其中，n 和p 满足质量作用定律 2exp()g i c v E np n N N kT ==- ，在一定的温度下，np 为常数。 当掺杂增大电子浓度n 时，空穴浓度p 则会减小，反之亦然。在掺杂浓度一定时，由于e h μμ>，如果对半导体进行n 型掺杂，则n>p ，显然随着掺杂浓度的 p 型掺杂，则n ，因此，当Si 的p 后增大。对2i e h n e ep p σμμ=+求导得2' 2i e h n e e p σμμ=-+，令'0σ=得p n = 相应地2en σ=m p n =时，电导率最小，为 min 2en σ=。 c. 室温下，对于Si ，103i 1.010n cm -=?，2111350e cm V s μ--=??， 211450h cm V s μ--=??，带入m p n =和min 2en σ=得 1031031.710 1.010m i p cm n cm --=?>=? 611611min i 2.510 2.910cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω? 若取103i 1.510n cm -=?，则有 1031032.610 1.510m i p cm n cm --=?>=? 611611min i 3.710 4.310cm cm σσ------=?Ω?<=?Ω? 5.13 砷化镓 Ga 具有的化合价是3，而As 具有的化合价是5。当Ga 和As 原子一起形成GsAs 单晶体时，如图5.54所示，一个Ga 的3个价电子与一个As 的5个价电子均共享，结果形成4个共价键。在具有大约23310cm -Ga 原子和As 原子（数量几乎相等）的GsAs 晶体中，无论是Ga 还是As ，每个原子平均具有4个价电子。因此我们可以认为：其价键的结合与Si 晶体中的相似，每个原子4个键。然而，它的晶体结构却不是金刚石结构，而是闪锌矿结构。 a. 对于每对Ga 和As 原子，以及在GaAs 晶体中，每个原子的平均价电子数是多少？ b. 如果在GaAs 晶体中以Ⅵ族元素硒（Se ）或碲（Te ）代替As 原子，情况如何？ c. 如果在GaAs 晶体中以Ⅱ族元素锌（Zn ）或镉（Cd ）代替Ga 原子，情况如何？ d. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替As 原子，情况如何？ e. 如果在GaAs 晶体中以Ⅳ族元素硅（Si ）代替Ga 原子，情况如何？两性掺杂表示什么？ f. 基于以上对GaAs 的讨论，你认为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体AlAs ，GaP ，InAs,InP 和InSb 的晶体结构是什么？ 1、电子元器件行业现状 我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。 伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。 我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势 技术发展趋势 新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。 市场需求分析 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 我国“十一五”发展重点 我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。 注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况 在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况 目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。 阿里巴巴部分电子元器件行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技 开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享 公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年 佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。 3.在未加偏置电压的条件下，由于截流子的扩散运动，p 区和n 区之间的pn 结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在pn 结附近，由于没有电子和空穴，无法通过电子-空穴对的复合产生光辐射。加上正向偏置电压，驱动电流通过器件时，p 区空穴向n 区扩散，在pn 结附近形成电子和空穴同时存在的区域。电子和空穴在该区通过辐射复合，并辐射能量约为Eg 的光子，复合掉的电子和空穴由外电路产生的电流补充。 5要满足以下条件a 满足粒子数反转条件，即半导体材料的导带与价带的准费米能级之差不小于禁带宽度即B.满足阈值条件，半导体由于粒子数产生的增益需要能够补偿工作物质的吸收、散射造成的损耗，以及谐振腔两个反射面上的透射、衍射等原因产生的损耗。即 第二章课后习题 1、工作物质、谐振腔、泵浦源 2、粒子数反转分布 5a.激光介质选择b.泵浦方式选择c 、冷却方式选择d 、腔结构的选择e 、模式的选择f 、整体结构的选择 第三章课后习题 10.要求：对正向入射光的插入损耗值越小越好，对反向反射光的隔离度值越大越好。原理：这种光隔离器是由起偏器与检偏器以及旋转在它们之间的法拉第旋转器组成。起偏器将输入光起偏在一定方向，当偏振光通过法拉第旋转器后其偏振方向将被旋转45度。检偏器偏振方向正好与起偏器成45度，因而由法拉第旋转器出射的光很容易通过它。当反射光回到隔离器时，首先经过起偏器的光是偏振方向与之一至的部分，随后这些这些光的偏振方向又被法拉第旋转器旋转45度，而且与入射光偏振方向的旋转在同一方向上，因而经过法拉第旋转器后的光其偏振方向与起偏器成90度，这样，反射光就被起偏器所隔离，而不能返回到入射光一端。 15.优点：A 、采用光纤耦合方向，其耦合效率高；纤芯走私小，使其易于达到高功率密度，这使得激光器具有低的阈值和高的转换效率。B 、可采用单模工作方式，输出光束质量高、线宽窄。C 、可具有高的比表面，因而散热好，只需简单风冷即可连续工作。D 、具有较多的可调参数，从而可获得宽的调谐范围和多种波长的选择。E 、光纤柔性好，从而使光辉器使用方便、灵巧。 由作为光增益介质的掺杂光纤、光学谐振腔、抽运光源及将抽运光耦合输入的光纤耦合器等组成。 原理:当泵浦激光束通过光纤中的稀土离子时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现粒子数反转。反转后的粒子以辐射跃迁形式从高能级转移到基态。 g v c E F F 211ln 21R R L g g i th 光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。 光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。 1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm）发出激光的功率为2mW。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。 微电子与纳电子学系 00260011 晶体管的发明和信息时代的诞生 1学分 16学时 The Invention of Transistors and the Birth of Information Age 晶体管的发明，是二十世纪最重要的科技进步。晶体管及以晶体管核心的集成电路是现代信息社会的基础，对社会的进步起着无以伦比的作用。晶体管的发明，源于19世纪末20世纪初物理学、电子学以及相关技术科学的迅速成熟。晶体管的发明造就了一大批物理学家、工程师。晶体管的发明，也随之产生了许多著名的研究机构与重要的公司，如贝尔实验室、仙童公司、Intel等都与晶体管的发明密切相关。“以铜为鉴，可正衣寇；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失”。晶体管发明作为现代科技史上的重大事件发生过鲜为人知的重要经验和教训，涉及科研管理、人才和科学方法等诸多方面，可以从成功和失败两个方面为后人提供十分重要的借鉴与启示。本课程试图从晶体管的发明到信息社会的诞生，探讨技术革命和创新的方向，为大学低年级学生将来从事科学研究建立正确的思想观。所讨论的课题包括，科学预见和准确选题的重要性、科学研究的方法、放手研究的政策、知人善任和合理配备专业人才等。 00260051 固体量子计算器件简介 1学分 16学时 Introduction to solid-state quantum computing devices 作为量子力学和信息学的交叉，量子信息学是最近二十多年迅速发展起来的新兴学科，量子信息处理技术能够完成许多经典信息技术无法实现的任务。比如，一旦基于量子信息学的量子计算机得以实现，其在几分钟内就可解决数字计算机几千年才能解决的问题，那么用它就可及时地破解基于某些数学问题复杂性假定之上的传统保密通信的密钥，从而对建立于经典保密系统行业的信息安全构成根本性的威胁。这种新兴技术的实现可以直接地应用于国防，政治，经济和日常生活。本课程在此大的学术背景下展开，主要介绍最有希望成为量子比特的固体量子相干器件的基本原理和目前的研究状况，以及如何用这些器件实现量子计算。 00260061 量子信息处理的超导实现 1学分 16学时 Quantum information process and its implemention with superconducting devices 基于半导体集成电路的经典信息处理技术已渗透到我们生活的各个方面，信息处理器件，例如个人电脑和手机，为我们生活质量的提高提供了强有力的技术支持。但是经典信息处理技术的继续发展面临着技术上的瓶颈，其性能很难在现有技术路线上继续提高。一种新型的完全基于量子力学原理的量子信息处理技术，有望提高信息处理的效率并解决一些经典信息处理技术无法解决的问题。量子信息处理技术的成功实施，将为我们提供绝对保密的量子通信技术和高效的量子计算机。本课程将学习量子信息处理的基本原理；超导材料的基本特性以及利用超导器件实现量子信息处理的原理与方法。通过文献调研和小组讨论等方式了解利用超导器件实现量子信息处理的最新进展和面临的挑战，探讨可能的解决方案。 00260071 智能传感在社会生活中的应用 1学分 16学时 Smart Sensing in Social Activities 智能传感已经深入到社会生活的每个领域，深刻地影响着我们的社会组织方式和行为方式。本课程采用视频、图片等多媒体方式，以活泼生动地方式，向具有不同专业背景的学生深入浅出地讲述智能传感器及其在社会和生活中的应用。例如，在文化与智能传感器章节中，结合大家熟知的电影形象《指环王》中的“咕噜”，介绍智能运动传感器在电影制作中的应用；结合《机械战警》中的形象，介绍脑机接口传感器在脑神经科学研究及帕金森症等疾病治疗中的应用。在传感器与智能交通章节中，介绍汽车中种类繁多的传感器对未来无人驾驶汽车的作用。在传感器与智能家居章节中，介绍iphone手机中集成的多种传感器，及其功能扩展。在传感器与现代国防章节中，结合南斯拉夫亚炸馆事件，介绍控制炸弹穿透多层建筑后再爆炸的 电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划 前言 电子材料和元器件是核心基础产业的重要组成部分，处于电子信息产业链的前端，是通信、计算机及网络、数字音视频等系统和终端产品发展的基础，作为体现自主创新能力和实现产业做强的重要环节，对于电子信息产业的技术创新和做大做强发挥着至关重要的作用。 根据信息产业“十一五”规划“加快元器件产业结构升级和提高电子专用材料配套能力”的总体要求，在深入调研、广泛论证的基础上，编制本规划，以此作为“十一五”我国电子基础材料和关键元器件产业发展的指导性文件，作为国家进一步加强和规范行业管理的依据。 一、“十五”回顾 （一）产业规模进一步扩大 “十五”期间，我国电子材料和元器件产业保持了较快增长速度，产业规模进一步扩大（详见表1和表2），其销售收入、工业增加值、利润总额等指标均实现了快速增长，成为电子信息产业增长的重要力量。到“十五”末，我国电子材料和元器件产业规模仅次于日本和美国，居全球第三位。 表1 “九五”、“十五”末期电子材料和元器件发展指标对比 表2 2000-2005年我国电子材料和元器件产业指标情况 （二）部分产品产量居世界前列 经过“十五”的发展，我国已经成为世界电子基础材料和元器件的生产大国，产量占世界总产量的30%以上，部分产品产量居世界前列。其中，产量居全球首位的产品：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、石英晶体器件、微特电机、电子变压器、彩管、玻壳、覆铜板材料、压电晶体材料、印刷电路板等。我国中低档电子材料和元器件产销量已居世界前列，成为全球重要的生产和出口基地（详见表3）。 表3 “十五”电子元件产品产量增长情况 （三）产品结构有所改善 “十五”期间，我国电子材料和元器件产品结构有所改善。阻容感元件片式化率已超过75%，接近世界平均水平；新型显示器件产业取得突破，国内两条第5代TFT-LCD 生产线均实现量产，PDP的研发和产业化取得一定进展，彩管正在向纯平、高清晰度方向发展；多层、挠性等中高端印刷电路板比例接近40%；锂离子、太阳能电池等绿色电池产量居世界前列；大功率高亮度的蓝光、白光LED已经批量生产。 （四）技术创新取得新进展 “十五”期间，国内关键元器件和电子材料产业在技术创新方面也取得了较大进展。内资电容器生产企业已经突破贱金属电极的瓶颈，大大降低了MLCC的成本；TFT-LCD 领域拥有了一定数量的核心专利，OLED技术研发取得重要进展；具有自主知识产权的光纤预制棒技术开发成功并实现产业化；已自主研制成功4英寸、6英寸GaAs单晶和4英寸InP单晶，并掌握主要技术；SOI（绝缘层上的硅）技术研究水平基本与国外同步，6英寸注氧隔离（SIMOX）晶片已经批量生产。 尽管“十五”以来，我国电子材料和关键元器件取得长足进步，但总体看，行业整体实力仍然不强。产品结构性矛盾突出，高端元器件和关键电子材料主要依赖进口；整机和元器件产业互动发展的机制尚未形成；国内骨干企业规模小、经济实力弱，自主创新能力不足；关税、投融资等政策环境亟待改善，低水平竞争、重复建设等问题仍较突出。 二、“十一五”面临的形势 （一）技术发展趋势 随着电子整机向数字化、多功能化和小型化方向发展，电子系统向网络化、高速化和宽带的方向发展，电子材料和元器件技术将发生深刻变化。 新型元器件将向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。微小型和片式化技术、无源集成技术、抗电磁干扰技术、低温共烧陶瓷技术、绿色化生产技术等已成为行业技术进步的重点。微电子机械系统(MEMS)和微组装技术的高速发展，将促进元器件功能和性能大幅提升。 选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且 动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好 8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.360docs.net/doc/bf5276212.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 《光电子材料与器件》题库 选择题: 1. 如下图所示的两个原子轨道沿z轴方向接近时，形成的分子轨道类型为( A ) (A) *σ(B) σ(C) π(D) *π 2. 基于分子的对称性考虑，属于下列点群的分子中不可能具有偶极矩的为（C）（A）C n（B）C n v（C）C2h（D）C s 3. 随着温度的升高，光敏电阻的光谱特性曲线的变化规律为（B）。 （A）光谱响应的峰值将向长波方向移动 （B）光谱响应的峰值将向短波方向移动 （C）光生电流减弱 （D）光生电流增强 4. 利用某一CCD来读取图像信息时，图像积分后每个CCD像元积聚的信号在同一时刻先转移到遮光的并行读出CCD中，而后再转移输出。则该CCD的类型为（B ） （A）帧转移型CCD （B）线阵CCD （C）全帧转移型CCD （D）行间转移CCD 5. 对于白光LED器件，当LED基片发射蓝光时，其对应的荧光粉的发光颜色应该为（D） （A）绿光（B）紫光（C）红光（D）黄光 6. 在制造高效率太阳能电池所采取的技术和工艺中，下列不属于光学设计的为（C） （A）在电池表面铺上减反射膜; （B）表面制绒; （C）把金属电极镀到激光形成槽内; （D）增加电池的厚度以提高吸收 7. 电子在原子能级之间跃迁需满足光谱选择定则，下列有关跃迁允许的表述中，不正确的是（B ）： （A）总角量子数之差为1 （B）主量子数必须相同 （C）总自旋量子数不变 （D）内量子数之差不大于2 8. 物质吸收一定波长的光达到激发态之后，又跃迁回基态或低能态，发射出的荧光波长小于激发光波长，称为（B）。 （A）斯托克斯荧光（B）反斯托克斯荧光（C）共振荧光（D）热助线荧光9. 根据H2+分子轨道理论，决定H原子能否形成分子的主要因素为H原子轨道的（A ） （A）交换积分（B）库仑积分（C）重叠积分（D）置换积分 10. 下列轨道中，属于分子轨道的是（C） （A）非键轨道（B）s轨道（C）反键轨道（D）p 轨道 11. N2的化学性质非常稳定，其原因是由于分子中存在（D ） （A）强σ 键（B）两个π键（C）离域的π键（D）N N≡三键12. 测试得到某分子的光谱处于远红外范围，则该光谱反映的是分子的（B ）能级特性。 （A）振动（B）转动（C）电子运动（D）电声子耦合 13．下列的对称元素中，所对应的对称操作属于虚动作的是（C ） （A）C3 （B）E（C）σh（D）C6 14. 某晶体的特征对称元素为两个相互垂直的镜面，则其所处的晶系为（C）（A）四方晶系（B）立方晶系（C）正交晶系（D）单斜晶系 15. 砷化镓是III-V族化合物半导体，它的晶体结构是（D）。 （Ａ）NaCl 结构（B）纤锌矿结构（C）钙钛矿结构（D）闪锌矿结构16. 原子轨道经杂化形成分子轨道时，会发生等性杂化或非等性杂化。下列物质中化学键属于不等性杂化的是（B）。 （A）CH4（B）H2O （C）石墨烯（D）金刚石 17. 关于金属的特性，特鲁德模型不能成功解释的是（A ） （A）比热（B）欧姆定律（C）电子的弛豫时间（D）电子的平均自由程18. 下列有关半导体与绝缘体在能带上的说法中，正确的是（B ）。 （A）在绝缘体中，电子填满了所有的能带 （B）在0 K下，半导体中能带的填充情况与绝缘体是相同的 （C）半导体中禁带宽度比较大 （D）绝缘体的禁带宽度比较小 19. 在非本征半导体中，载流子（电子和空穴）的激发方式为（B）？ （A）电（B）热（C）磁（D）掺杂 20．在P型半导体材料中，杂质能级被称之为（C）。 （A）施主能级（B）深陷阱能级（C）受主能级（D）浅陷阱能级 电子电工《电子材料与元器件》样卷 一．填空题：（30分） 1.电感线圈主要用于对交变信号进行、、组成等。2．磁性材料常分成、三大类。 3．电解电容器主要用于、等电路。 4．常见的无机绝缘材料有、、 5．常见的变压器有、、、。 6．继电器是一种用小电流或控制或的自动开关，在电路中起着自动操作、自动调节、安全保护的作用。 7． P型半导体靠导电，N型半导体靠导电。 8．晶体二极管具有；晶体三极管具有的作用。 9．晶体三极管主要有、、三个参数。 二．判断题(10分) 1．在放大电路中用碳膜电阻来补偿因温度变他而引起的工作点变化。（）2．中频变压器俗称中周。（） 3．二芯插头插座主要用于立体声信号的连接。（） 4．半导体的电阻率随温度变化很明显。（） 5．稳压二极管的反向特性与普通二极管相似。（） 6．全桥硅整流堆内含4个二极管。（） 7．达林顿管是复合管。（） 8．镍镉电池对环境无污染.( ) 9．玻璃和橡胶都属于无机绝缘材料。（）10．在傻瓜照相机测光电路中使用光敏电阻。（） 三选择题（28分） 1制作印制电路板可用的材料是（） A 铝板 B 铜板 C 敷铜板 D 环氧板 2精密电阻器大多用色标法来标注，所用的色环是（） A 3色环 B 4色环 C 5色环 D 6色环 3某电容器标有2200字样，它的容量是（） A 2200uF B 2200pF C 2200F D 22uF 4带电子多的杂质半导体称为（） A N型半导体 B P型半导体 C 本征型半导体 D 电子型半导体 5 锗二极管的死区电压为（） A 0.2V B 0.5V C 0.7V D 1.6V 6要使三极管有放大作用必须（） A发射结加正向电压，集电结加反向电压。 B发射结加反向电压，集电结加正向电压。 C发射结加正向电压，集电结加正向电压。 D发射结加反向电压，集电结加反向电压。 7．扬声器的阻抗可能是（） A0.5欧 B8欧 C100欧 D1000欧 8．圆柱型干电池的标称电压是（） A 1V B 1.5V C 1.8V D 2.5V 9．锂电池（） A有记忆效应 B无记忆效应 C充电慢 D不能充电 1、能带形成的原理孤立原子的电子占据一定的原子轨道，形成一系列分立的能级。如果一定数量的原子相互结合形成分子，则原子轨道发生分裂，形成的分子轨道数正比于组成分子的原子数。在包括半导体在内的固体中，大量原子紧密结合在一起，轨道数变得非常巨大，轨道能量之差变得非常小，与孤立原子中的分立能级相比，这些原子轨道可视为能量是近似连续分布的。这种能级近似连续分布的能量范围，即为能带。 2、半导体发光机理 半导体材料中的电子由高能态向低能态跃迁的同时，会以光子的形式释放多余的能量，这称为辐射跃迁，辐射跃迁的过程也就是半导体材料的发光过程。 电子由高能态向低能态跃迁的同时，产生相应能量间隔的光子。电子的跃迁，要求价带有价带电子，同时导带有相应的空穴，即在导带、价带中存在电子空穴对，通过电子空穴的复合，半导体可以发射光子。 3、光电探测原理将光辐射的作用，视为所含光子与物质内部电子的直接作用，也就是物质内部电子在光子的作用下，产生激发而使物质的电学特性发生变化。 4、pn 结形成空间耗电区的原理 形成PN结后，由于n区和p区载流子浓度的差异，n区的多数载流子电子、p 区的多数载流子空穴分别向对方区域扩散并与其多数载流子复合。这就造成PN 结n 区一侧附近电子浓度降低，留下不能移动的施主离子，产生局部的正电荷区域。PN结p区一侧的附近空穴浓度降低，留下不能移动的受主离子，产生局部的负电荷区域。由于局部正负电荷的存在，PN 结附近会产生一个由n 区指向p 区的内建电场。电场阻碍n区的电子继续向p区扩散，同时使n区的少数载流子空穴向p 区漂移，同样，电场阻碍p 区的空穴继续向n 区扩散，同时使p 区的少数载流子电子向n区漂移。随着扩散的减弱，飘移的增强，最终实现载流子的动态平衡。PN 结附近载流子被耗尽的区域称为空间电荷区，或者耗尽区。 5、直接带隙半导体和间接带隙半导体的区别 直接带隙：导带的最低位置位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合伴随光子的发射。III-V 族元素的合金，典型的如GaAs 等。 间接带隙：导带的最低位置不位于价带最高位置的正上方；电子空隙复合需要声子的参与，声子振动导致热能，降低了发光量子效率。 6、半导体发光材料特性 砷化傢(GaAs):直接跃迁型闪锌矿结构发射的光子能量1.42eV左右，相应 波长873nm 附近，红外波段 磷化傢(GaP):间接跃迁型闪锌矿结构间接带隙宽度2.26eV,离子性为0.374, 氮化傢(GaN):直接跃迁型纤锌矿结构带隙宽度3.39eV 7、什么是发光二极管发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴” ，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒。 皖西学院2016 –2017学年度第 1 学期考试试卷（A 卷） 电气 学院 光电信息 专业 2014 级 光电子材料与器件 课程 一．填空题：本大题共10小题，每空1.5分，共15分。 1． pn 结附近载流子被耗尽的区域，称为空间电荷区，又称__耗尽层__。 2． 往硅中掺入硼元素的半导体是_ p _型半导体。 3． 半导体发光二极管设计成圆顶（半球顶）是为了减少__全反射__的影响，以便形成有 效光辐射。 4． 固体激光材料由激活离子和_基质材料_所组成。 5． 固体激光材料按照基质材料划分，可分为激光晶体、_激光玻璃_和激光陶瓷三类。 6． 固体激光器由泵浦源、固体激光工作物质与_光学谐振腔__所组成。 7． 光纤的损耗包括__吸收损耗__、散射损耗与弯曲损耗。 8． 多模光纤的色散包括模间色散、_材料色散_和波导色散。 9． 光开关可分为机械式光开关、_固体式光开关___和半导体光波导光开关三类。 10． 纳米光电材料在光学上和电学性质上表现出异于宏观光电材料的特性，这主要来源于 _小尺寸效应_、表面效应和量子尺寸效应。 1． 间接带隙半导体的发光效率比直接带隙半导体高。× 2． 高效率的发光器件需要辐射寿命远大于非辐射寿命。× 3． GaN 是直接带隙半导体发光材料。√ 4． 半导体激光器只要一通电，不论电流多小，都能产生激光。× 5． 在固体激光材料中，激光晶体的主要优点是热导率高、荧光谱线窄、硬度较大。 √ 6． 只要形成光放大就可以产生激光。× 7． 光纤的基本结构包括纤芯、包层与缓冲涂覆层三个部分。√ 8． 多模光纤的色散特性优于单模光纤。× 9． 光波导的波长越长越容易形成单模。√ 10． 光纤连接器的插入损耗越小越好，回波损耗越大越好。√ 11． 光纤放大器结构中，也包含有光学谐振腔。× 12． 磁光调制属于光的内调制。× 13． 光子器件不存在截止波长，对一切波长的光均能响应。× 14． 光敏电阻是光电导型器件，其工作原理为光电导效应。√ 15． 扭曲向列相液晶显示有光透过与关闭都不彻底，对比度不理想的缺点。√ 三．选择题：本大题共15小题，每小题2分，共30分。 1．电子浓度高于空穴浓度的半导体是_A 。 A ．n 型半导体 B ．p 型半导体 C ．本征半导体 D ．不能确定 2．导带底与价带顶对应相同的k （电子波矢量）的半导体是A 。 A ．直接带隙半导体 B ．间接带隙半导体 C ．p 型半导体 D ．n 型半导体 3．发光二极管的核心是pn 结，对于发光二极管的发光原理，以下论述中正确的是_B 。 A ．对pn 结施加正向偏压，耗尽层被加强，p 区电子向n 区漂移，n 区空穴向p 区漂移，在pn 结附近相遇，发生辐射复合，辐射出光子 B ．对pn 结施加正向偏压，耗尽层被削弱乃至消失，p 区空穴向n 区扩散，n 区电子向p 区扩散，在pn 结附近相遇，发生辐射复合，辐射出光子 C ．对pn 结施加反向偏压，耗尽层被加强，p 区电子向n 区漂移，n 区空穴向p 区漂移，在pn 结附近相遇，发生非辐射复合，辐射出光子 D ．对pn 结施加反向偏压，耗尽层被加强，p 区空穴向n 区扩散，n 区电子向p 区扩散，在pn 结附近相遇，发生非辐射复合，辐射出光子 4．___C_不是半导体激光器出射激光所必须要具备的条件。 A ．粒子数反转 B ．光学谐振腔提供的驻波条件 C ．较高的温度 D ．光增益超过光损耗 5．以下是光纤特性参数的是_B_。 A ．插入损耗 B ．归一化频率 C ．分光比 D ．隔离度 6．将某一光纤浸入水中，与该光纤在空气中相比，其受光角_B_。 A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．不能确定 7．某一无源树形光纤耦合器（1X3耦合器）输入功率是10.2mW ，输出总功率为10mW ，其中3个输出端口分别输出光功率为4mW 、4mW 、2 mW 。则该光纤耦合器各端口分光比分别为_D_。 A ．35%，30%，35% B ．20%，50%，30% C ．15%，45%，40% D ．40%，40%，20% 8．以下光纤器件中，是光纤有源器件的是B_。 A ．光纤连接器 B ．光纤激光器 C ．光隔离器 D ．光纤耦合器 9．以下不是光纤通讯窗口的波长是___A 。 A ．500nm B ．850nm C ．1300nm D ．1550nm 10．以下属于二阶非线性光学效应的是_D_。 A ．光束自聚焦 B ．三次谐波产生 C ．受激布里渊散射 D ．和频. 11．下列材料中，不属于非线性光学晶体的是_C_。 A ．KDP B ．KTP C ．NaCl D ．LiNbO 3电子材料与元器件论文
光电子技术的应用和发展前景
光电材料与器件实验指导书
微纳电子器件3-3(总第十一次课)
陈 军
课程内容简介
? 微纳电子器件发展
1. 2. 3. MEMS/NEMS器件 柔性微纳电子器件 真空微纳电子器件
1. 硅基CMOS器件 的发展 2. 小尺寸硅基 CMOS器件面临 的问题 3. 硅基纳米CMOS 器件技术 1. 碳纳米管和纳米线器件 2. 石墨烯纳米电子器件 3. 其它新型纳电子器件
1
本章内容
1、MOSFET的演变（历史） 2、亚微米、 深亚微米MOS器件（85’-） 3、新型MOS器件（00’-） 4、SiP与3D集成（10’-）
2
? 漏工程
– LDD，FOND
? 沟道工程
– Halo，逆向掺杂（retrograde）结构
? 栅工程
– 金属栅（Silicide），高k栅绝缘层（MGHK）
? 超浅结（USJ）
（3）栅工程
? 优化栅材料和栅结构，以克服短 沟道效应 ? 分两部分
– 栅电极
? 导电率，功函数
– 栅介质层
? 介电常数 ? 厚度
3
? 栅极材料的一般要求：
– 电阻率低 – 合适的功函数 – 热稳定性 – 机械和化学稳定性 – 与栅介质层附着力
栅极材料的发展
? 铝栅 ? 重掺杂多晶硅栅：
– 自对准，减少寄生效应 – 缺点：电阻率高，寄生电阻
? 掺杂多晶硅-金属硅化物复合栅
– 减小了寄生电阻
? 双掺杂多晶硅栅
– 亚微米器件，为抑制短沟道效应，pMOSFET采用P+多晶硅 – 问题：带来硼扩散，出现掺氮的二氧化硅介质层来解决 – 问题：器件缩小时，多晶硅耗尽效应越来越严重
? 金属栅
4电子材料与器件习题解析汇报
电子元器件行业现状
光电子材料与器件 课后习题答案
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