微电子器件与IC设计基础第二版第1章习题
微电子器件基础题
微电子器件基础题
“微电子器件”课程复习题
一、填空题
1、若某突变PN 结的P 型区的掺杂浓度为163A 1.510cm N -=?，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。
2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（负）电荷，N 区一侧带（正）电荷。内建电场的方向是从（N ）区指向（P ）区。
3、当采用耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。
4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（短），内建电场的最大值就越（大），内建电势V bi 就越（大），反向饱和电流I 0就越（小），势垒电容C T 就越（），雪崩击穿电压就越（低）。
5、硅突变结内建电势V bi 可表为（），在室温下的典型值为（0.8）伏特。
6、当对PN 结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒高度会（降低）。
7、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（变宽），势垒区的势垒高度会（增高）。
8、在P 型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p 与外加电压V 之间的关系可表示为（）。若P 型区的掺杂浓度173A 1.510cm N -=?，外加电压V = 0.52V ，则P 型区与耗尽区边界上的少子浓度n p 为（）。
9、当对PN 结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（高）；当对PN 结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（低）。
10、PN 结的正向电流由（空穴扩散Jdp ）电流、（电子扩散电流Jdn ）电流和（势垒区复合电流Jr ）电流三部分所组成。
微电子器件与IC设计基础第二版第1章习题教材
第一章
思考题：
1.1简单解释原子能级和晶体能带之间的联系和区别。
答:在孤立原子中，原子核外面的电子受到这个原子核所带正电荷的作用，按其能量的大小分布在不同的电子轨道上绕核运转。原子中不同轨
道上电子能量的大小用彼此有一定间隔的横线段组
成的能级图来表示（见图 1.1b）。能级的
位置越高，表示该能级上电子的能量就越大。原子
结合成晶体后，一个原子核外的电子除了受到这个
原子核所带正电荷以及核外电子所带负电荷的作
用以外，还要受到这个原子周围其它原子所带正负
电荷的作用。也
就是说，晶体中的电子是在原子核的正电荷形成的
周期性势场中作如图 1.1 （a）中箭头所示的共有
化运动。正因为如此，原来描述孤立原子中电子
能量大小的能级就被分裂成为一系列彼此相距很近
的准连续的能级，其形状好似一条条反映电子能量大小的带子,
图］」⑴品体中电于的共有化垢豹（b）原于申的
电于轨逍.电于能级和品协能甫
故称之为能带，见图 1.1（ b ）。
1.2以硅为例，解释什么是施主杂质和施主能级？什么是受主杂质和受主能级? 答：以硅为例，见图1.2（a）,
如果在单晶硅中掺入V族元素的杂质
磷（P+）,磷原子（P 将取代W族的
硅（Si）原子的位置而成为所谓的施主
杂质。因为磷原子外层有五个价电子，
它和周围的四个硅原子形成共价键后
还多出一个电子，这个多余的电子受到
磷原子核的微弱束缚力而绕着该原子
核做一定半径的圆周运动，它只需要吸
收很小的能量（百分之几个电子伏特）
就能挣脱磷原子核的束缚而成为可以
在整个晶体中运动的准自由电子，原来
的磷
束缚空穴原子则成为了磷离子P，称
微电子器件与IC设计基础_第2版,刘刚,陈涛,课后答案[1]
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课后习题答案
1.1 什么缘故经典物理无法正确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述
的？
解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微瞧粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法正确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过如此一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的因此是粒子动摇性的频率ω和波矢k 。
1.2量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？
解：波函数ψ是空间和时刻的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的动摇，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。要是用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*
=表示波的强度，那么，t 时刻在r 四面的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2
,ψ。 试从能带的角度讲明导体、半导体和尽缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的瞧点来瞧，半导体和
尽缘体都存在着禁带，尽缘体因其禁带宽度较大
(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，因
此尽缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小，
只有1~2eV ，室温下差不多有一定数量的电子从
价带激发到导带。因此半导体在室温下就有一定
的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭
在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具
有良好的导电能力。
1.4什么缘故讲本征载流子浓度与温度有关？
解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。关于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002
电子科技大学微电子器件习题
第二章PN结
填空题
1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。
2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。
3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。
4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。
5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。
6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若P型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。
9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN 结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。
10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。
11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。
微电子技术基础 全册习题解答
微电子技术基础全册习题解答
第1章习题解答
1．微电子学主要以半导体材料的研究为基础，以实现电路和系统的集成为目的，构建各类复杂的微小化的芯片，其涵盖范围非常广泛，包括各类集成电路（Integrated Circuit，IC）、微型传感器、光电器件及特殊的分离器件等。
2．数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。
3．设计、制造、封装、测试。
4．微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统及电源于一体的系统。典型应用包括微加速度计、微磁力计、微陀螺仪等。
第2章习题解答
1．（100）平面：4.83Å，（110）平面：6.83Å
2．略。
3．略。
4．硅的原子密度约为5×1022/cm3，硅外层有四个价电子，故价电子密度为2×1023/cm3 5．N型掺杂杂质：P、As、Sb，P型掺杂杂质：B、Al、Ga、In
6．As有5个价电子，为施主杂质，形成N型半导体
7．当半导体中同时存在施主和受主杂质时，会发生杂杂质补偿作用，在实际工艺中杂质补偿作用使用的非常广泛，例如在P阱结构中制备NMOS管
8．理想半导体假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
9．费米能级用于衡量一定温度下，电子在各个量子态上的统计分布。数值上费米能级是温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。
10．状态密度函数表示能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
专升本《微电子器件与IC设计》_试卷_答案
专升本《微电子器件与IC设计》
一、（共71题,共150分）
1. 电阻率小于的材料称为（）。（2分）
A.导体
B.绝缘体
C.半导体
.标准答案：A
2. 半导体硅材料的晶格结构是（）。（2分）
A.金刚石
B.闪锌矿
C.纤锌矿
.标准答案：A
3. 施主杂质电离后向半导体提供（）。（2分）
A.空穴
B.电子
C.空穴与电子
.标准答案：B
4. 砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（）。（2分）
A.
.标准答案：A
5. 室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为，同时掺有浓度为的
磷，空穴浓度为（）。（已知:
室温下）（2
分）
A.
B.
C.
.标准答案：C
6. 室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为同时掺有浓度为的
磷，少子浓度为（），（已知:
室温下）（2
分）
A.
B.
C.
.标准答案：C
7. 载流子的漂移运动产生（）电流。（2分）
A.漂移
B.隧道
C.扩散
.标准答案：A 8. 平衡状态下半导体中载流子浓度
载流子的产生率等于复合率，而当时，载流子的复合率（）产生率。（2分）
A.大于
B.等于
C.小于
.标准答案：C
9. MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是（）。（VS为半导体表面电势；qVB=Ei-EF）（2分）
A.VS=VB
B.VS=2VB
C.VS=0
.标准答案：B
10. 在开关器件及与之相关的电路制造中，（）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。（2分）
A.
.标准答案：C
11. 平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（）。（2分）
A.发射区
B.基区
C.集电区
.标准答案：A
12. 下列固体中，禁带宽度Eg最大的是（）。（2分）
A.金属、
电子技术基础(第二版)前三章习题答案
第一章
1.1 能否将1.5V 的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？
解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V 时，管子会因电流过大而烧坏。
1.2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。
解：U O1＝6V ，U O2＝5V 。
1.3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 。（该题与书上略有不同）
解：U O1≈1.3V ，U O2＝0，U O3≈－1.3V ，U O4≈2V ，U O5≈1.3V ，
U O6≈－2V 。
1.5 电路如图P1.5（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（该题与书上数据不同）
解：u O 的波形如解图P1.5所示。 解图P1.5
1.9电路如图T1.9所示，V CC ＝15V ，β＝100，U BE ＝0.7V 。试问： （1）R b ＝50k Ω时，u O ＝？ （2）若T 临界饱和，则R b ≈？ 解：（1）R b ＝50k Ω时，基极电流、集电极电流和管压降分别为
26b
BE
BB B =-=R U V I μA
V
2mA 6.2 C C CC CE B C =-===R I V U I I β
所以输出电压U O ＝U CE ＝2V 。
1.11电路如图P1.11所示，试问β大于多少时晶体管饱和？ 解：取U CES ＝U BE ，若管子饱和，则
电子科技大学微电子器件 (习题解答)
2、NPN 缓变基区晶体管在放大区时的少子分布图
pE0
nB0
pC0
3、
IC1 80
I B1
0
dIC dIB
IC IB
IC2 IC1 IB2 IB1
100
6、
由
J nE
qDBnB (0) , WB
可得：nB (0)
J nEWB qDB
,
将
JnE 0.1Acm2 , WB 2 104 cm, q 1.6 1019 C, DB 15cm2 s1
NB 1017 cm3,
VBE 0.7 V,
kT 0.026 V 之值代入， q
得：IC 4.55 (mA)
0.9936,
1
155,
IB
IC
0.029 (mA)
10、
(1)
1
DEWB NB
DB
WE 0
NEdx
1
DE AEqWB NB
DB AEq
WE 0
wenku.baidu.comNEdx
1 QBO DE QEO DB
， npn
1 DpWB NB , DnWE NE
pnp
1 DnWB NB DpWE NE
由 D kT 可知，D q
n p , Dn Dp , npn pnp
模拟电子技术(第2版)课后复习题答案第一章
第一章 半导体器件
1.1 电路如图P1.1所示，设二极管为理想的，试判断下列情况下，电路中的二极管是
导通还是截止，并求出AO 两端的电压AO U 。（1）V V DD 61=，V V DD 122=；（2）
V V DD 61=、V V DD 122-=；（3）V V DD 61-=、V V DD 122-=。
解：1、当V V DD 61=、V V DD 122=时，假设二极管是截止的，则V V B 6=、V
V A 12=二极管承受反偏电压，所以二极管截止假设成立。V V U DD AO 122==。
2、当V V DD 61=、V V DD 122-=时，假设二极管是截止的则V V B 6=、V V A 12-=二极管承受正偏电压，所以二极管截止假设不成立，二极管导通。V V U DD AO 61==。
3、当V V DD 61-=、V V DD 122-=时，假设二极管是截止的，则V V B 6-=、
V V A 12-= 二极管承受正偏电压，所以二极管截止假设不成立，二极管导通。V V U U DD BO AO 61-===。
1.2 二极管电路如图P1.2所示，二极管的导通电压V U D 7.0)on (=，试分别求出Ω=k R 1、
Ω=k R 4时，电路中的电流O I I I 、、21和输出电压O U 。
解：1、当Ω=k R 1时，假设二极管是截止的，则
mA I I O 5.41192=+=-= V R I U V L O O B 5.415.4-=⨯-===
V V A 3-= (V V V B A 5.1=-)
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“微电子器件”课程复习题
一、填空题
1、若某突变PN 结的P 型区的掺杂浓度为163
A 1.510cm N -=?，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。
2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（负）电荷，N 区一侧带（正）电荷。内建电场的方向是从（N ）区指向（P ）区。
3、当采用耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。
4、PN 结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（短），内建电场的最大值就越（大），内建电势V bi 就越（大），反向饱和电流I 0就越（小），势垒
电容C T 就越（），雪崩击穿电压就越（低）。
5、硅突变结内建电势V bi 可表为（），在室温下的典型值为
（0.8）伏特。
6、当对PN 结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒
高度会（降低）。
7、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（变宽），势垒区的势垒
高度会（增高）。
8、在P 型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p 与外加电压V 之间的关
系可表示为（）。若P 型区的掺杂浓度173A 1.510cm N -=?，外加电压V = 0.52V ，则P 型区与耗尽区边界上的少子浓度n p 为（）。
9、当对PN 结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（高）；当对PN 结外加反向电压时，中性
区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（低）。
10、PN 结的正向电流由（空穴扩散Jdp ）电流、（电子扩散电流Jdn ）电流和（势垒区复合电流Jr ）电流三部分所组成。
微电子器件与IC设计基础_第2版_刘刚_陈涛_课后答案(DOC)
课后习题答案
1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即
k n c
h p h E ====υω
υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？
解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*
=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2
,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和
绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大
(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所
以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小，
只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价
带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的
导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在
一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有
良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？
第1章课后习题参考答案
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：由于E
E u
i
u o
3．选择正确的答案填空
在图所示电路中，电阻R为6Ω，二极管视为理想元件。当普通指针式万用表置于R×1Ω挡时，用黑表笔(通常带正电)接A点，红表笔(通常带负电)接B点，
则万用表的指示值为( a )。Ω，Ω，Ω，Ω,Ω
。
解：由于A端接电源的正极，B端接电源的负极，所以两只二极管都截止，相当于断开，等效电路如图，正确答案是18Ω。
4．在图所示电路中，uI =10sinωt V，E = 5V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压uo的波形。
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；
电路与模拟电子技术基础 习题及实验指导答案 第二版
《电路与模拟电子技术基础 习题及实验指导答案 第二版》
第1章 直流电路
一、填 空 题
1.4.1 与之联接的外电路；
1.4.2 1-n ，)1(--n b ；
1.4.3 不变；
1.4.4 21W ，负载；
1.4.5 Ω1.65A ， ；
1.4.6 1A 3A ， ； 1.4.7 3
213212)(3)23(R R R R R R R +++=； 1.4.8 1A ；
1.4.9 Ω4.0，A 5.12；
1.4.10 电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源；
1.4.11 3A ；
1.4.12 3A ；
1.4.13 Ω2；
1.4.14 15V ，Ω5.4；
1.4.15 V 6S =U 。
二、单 项 选 择 题
1.4.16 C ； 1.4.17 B ； 1.4.18 D ； 1.4.19 A ；
1.4.20 A ； 1.4.21 C ； 1.4.22 B ； 1.4.23 D 。
第2章
一阶动态电路的暂态分析
一、填 空 题
2.4.1 短路，开路；
2.4.2 零输入响应；
2.4.3 短路，开路；
2.4.4 电容电压，电感电流；
2.4.5 越慢；
2.4.6 换路瞬间；
2.4.7 三角波；
2.4.8 s 05.0，k Ω25； 2.4.9 C R R R R 3
232+； 2.4.10 mA 1,V 2。
二、单 项 选 择 题
2.4.11 B ； 2.4.12 D ； 2.4.13 B ；
2.4.14 D ； 2.4.15 B ； 2.4.16 C 。
第3章 正弦稳态电路的分析
电子科技大学微电子器件习题
第二章PN结
填空题
1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。
2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。
3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。
4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。
5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。
6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若P型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。
9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。
10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和
（）电流三部分所组成。
11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。
电子技术基(第二版)础答案
电子技术基础
1.1 检验学习结果
1、什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的？
答：由于光照、辐射、温度的影响而产生电子—空穴对的现象称为本征激发；同时进行的价电子定向连续填补空穴的的现象称为复合。掺入三价杂质元素后，由于空穴数量大大增加而称为多子，自由电子就是少子；掺入五价元素后，由于自由电子数量大大增加而称为多子，空穴就是少子。即多数载流子和少数载流子的概念是因掺杂而形成的。
2、半导体的导电机理和金属导体的导电机理有何区别？
答：金属导体中存在大量的自由电子载流子，因此金属导体导电时只有自由电子一种载流子；而半导体内部既有自由电子载流子又有空穴载流子，在外电场作用下，两种载流子总是同时参与导电，这一点是它与金属导体导电机理的区别。
3、什么是本征半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？
答：原子排列得非常整齐、结构完全对称的晶体称为本征半导体
．．．．．。本征半导体掺入五价元素后形成N型半导体；掺入三价元素后形成P形半导体。
4、由于Ｎ型半导体中多数载流子是电子，因此说这种半导体是带负电的。这种说法正确吗？为什么？
答：这种说法不正确。因为，虽然N型半导体中有多子和少子之分，造成定城的离子带正电，但是整个晶体上的正、负电荷总数在掺杂过程中并没有失去或增加，所以晶体不带电。
5、试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏？
答：电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿，前者是一种碰撞的击穿，后者属于场效应的击穿，这两种电击穿一般可逆，不会造成PN结的永久损坏。
6、何谓扩散电流？何谓漂移电流？何谓PN结的正向偏置和反向偏置？说说PＮ结有什么特性？
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第一章
思考题：
1.1简单解释原子能级和晶体能带之间的联系和区别。
答：在孤立原子中，原子核外面的电子受到这个原子核所带正电荷的作用，按其能量的大小分布在不同的电子轨道上绕核运转。
原子中不同轨道上电子能量的大小
用彼此有一定间隔的横线段组成的
能级图来表示（见图1.1b）。能级的
位置越高，表示该能级上电子的能量
就越大。原子结合成晶体后，一个原
子核外的电子除了受到这个原子核
所带正电荷以及核外电子所带负电
荷的作用以外，还要受到这个原子周
围其它原子所带正负电荷的作用。也
就是说，晶体中的电子是在原子核的
正电荷形成的周期性势场中作如图
1.1（a）中箭头所示的共有化运动。
正因为如此，原来描述孤立原子中电
子能量大小的能级就被分裂成为一
系列彼此相距很近的准连续的能级，
其形状好似一条条反映电子能量大小的带子，故称之为能带，见图1.1（b）。
1.2以硅为例，解释什么是施主杂质和施主能级？什么是受主杂质和受主能级？
答：以硅为例，见图1.2（a），
如果在单晶硅中掺入Ⅴ族元素
的杂质磷（P+），磷原子()P将
取代Ⅳ族的硅(Si)原子的位置
而成为所谓的施主杂质。因为
磷原子外层有五个价电子，它
和周围的四个硅原子形成共价
键后还多出一个电子，这个多
余的电子受到磷原子核的微弱
束缚力而绕着该原子核做一定
半径的圆周运动，它只需要吸
收很小的能量（百分之几个电
子伏特）就能挣脱磷原子核的
束缚而成为可以在整个晶体中
运动的准自由电子，原来的磷
原子则成为了磷离子()+P，称
之为正电中心。从电子能量大小的观点来看，导带底能量E C表示导带中速度为零的电子所
具备的能量，而没有被热（或光）激发、仍然绕磷原子核运转的电子处于束缚态，其能量应低于导带底能量C E 。用能级图来表示，该电子所在的能级应在C E 下方并且非常靠近C E 的地方，一般用短的横线表示。我们称这一能级为施主能级，用D E 表示。又称能够向能带提供施主能级的杂质为施主杂质。
同样，见图1.2(b)。如果在硅()Si 晶体中掺入Ⅲ族元素的杂质硼()B ，硼原子也将取代Ⅳ族的硅原子的位置并与周围的四个硅原子形成共价键。但是硼原子外层只有三个价电子，在形成共价键时还缺少一个电子，必须从周围的共价键上夺取一个电子，使之成为带有一个负电荷的离子()
-B ，称为负电中心。故此，称硼原子为受主杂质。被负电中心束缚的空穴在电场力的作用下绕着负电中心作圆周运动，这种状态称为空穴束缚态，即一个负电中心束缚着一个空穴，或者说受主能级被空穴占据着。束缚态作为一个系统是电中性的。当束缚态的空穴获得外界能量挣脱负电中心的束缚而成为价带中的自由空穴时，在原来杂质原子所在处就留下一个负电中心，所对应的状态称为离化态。离化后的原子带有一个负电荷。从能量大小考虑，受主能级上空穴的能量应低于价带顶部能级()V E 上空穴的能量。反过来也可以说，受主能级上电子的能量应高于价带顶部能级()V E 上电子的能量，受主能级应位于价带顶V E 的上方，用A E 表示，见图（b ）。
1.3 何谓杂质电离和杂质电离能?
答：杂质电离分为施主电离和受主电离。以硅晶体为例：所谓施主电离，就是指Ⅴ族元素的杂质磷与周围的硅原子形成共价键后，多余的那个电子挣脱磷原子核的束缚成为晶体中自由电子的过程；受主电离则是说Ⅲ族元素的杂质硼与周围的硅原子形成共价键后，空穴挣脱硼原子的束缚成为晶体中的自由空穴的过程。杂质电离所需要的能量则称为杂质电离能。参见图1.2中的说明。
1.4 试从能带的观点谈谈导体、半导体和绝缘体为什么会有导电性能上的差异？ 答：如图1.3所示，从能带的观
点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半
满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.5 何谓少子寿命？何谓扩散长度？二者有何联系？
答：少数载流子从产生到复合整个过程中平均生存的时间称为少子寿命，用τ表示。少数载流子在其寿命期间作扩散运动所走过的平均路程称为扩散长度，用L 表示。二者的关系为
τD L =，其中，D 是载流子的扩散系数。注意：电子和空穴的扩散长度及少子寿命是有
区别的，分别用下标小写字母n 和p 表示电子和空穴的扩散长度及少子寿命。
1.6 简单解释费米能级和准费米能级，说明它们的主要区别。 答：费米能级是在热平衡条件下用费米分布函数来表示热平衡系统中某一个能级被电子占据几率时所引入的一个能量常数，又称之为热平衡系统的化学势。它不是一个真实的能级，其在能带图中的位置高低表示该半导体是N 型半导体还是P 型半导体以及半导体中所掺杂质浓度的高低，如图1.4所示。在绝对零度时，费米能级是被电子占据的能级和未被电子占据的能级的分界线。准费米能级是在非平衡状态下专门用费米分布函数来计算导带电子浓度和价带空穴浓度时引入的参考能级。其中电子的准费米能级用FN E 表示，空穴的准费米能级用FP E 表示。一般情况下FP FN E E ≠，只有在系统达到热平衡态时才有FP FN E E =。
习题
1.1 计算施主浓度分别为16
10、18
10、3
19
10-cm 的硅在K 300时的费米能级（以本征费米能
级作为参考能级），对掺杂浓度相同的受主杂质进行同样的计算。 解：对施主浓度分别为16
10、18
10、3
19
10-cm 的硅在K 300时的费米能级为
()()(
)
(
)
⎪⎩
⎪⎨⎧====⨯==----3
193
183
1610
10528.010468.010349.0105.1ln 026.0ln cm N cm N eV cm N eV N n N kT E E D D D D i D i F 对掺杂浓度相同的受主费米能级为
()()(
)
(
)
⎪⎩
⎪⎨⎧====⨯==----3
193
183
1610
10528.010468.010349.0105.1ln 026.0ln cm N cm N eV cm N eV N n N kT E E D D D A i A F i
1.2 计算施主掺杂浓度3
15
109-⨯=cm N D 及受主掺杂浓度3
16
101.1-⨯=cm N A 的硅在室温