本征半导体中的两种载流子
模拟电子技术习题及答案
模拟电子技术
第1章半导体二极管及其基本应用
1．1 填空题
1．半导体中有空穴和自由电子两种载流子参与导电。
2．本征半导体中，若掺入微量的五价元素，则形成 N 型半导体，其多数载流子是电子；若掺入微量的三价元素，则形成 P 型半导体，其多数载流子是空穴。
3．PN结在正偏时导通反偏时截止，这种特性称为单向导电性。
4．当温度升高时，二极管的反向饱和电流将增大，正向压降将减小。
5．整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动的直流电。稳压二极管是利用二极管的反向击穿特性实现稳压的。
6．发光二极管是一种通以正向电流就会发光的二极管。
7．光电二极管能将光信号转变为电信号，它工作时需加反向偏置电压。
8．测得某二极管的正向电流为1 mA，正向压降为0.65 V，该二极管的直流电阻等于 650 Ω，交流电阻等于 26 Ω。
1．2 单选题
1．杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于( C )。
A．温度 B．掺杂工艺 C．掺杂浓度 D．晶格缺陷
2．PN结形成后，空间电荷区由( D )构成。
A．价电子 B．自由电子 C．空穴 D．杂质离子
3．硅二极管的反向电流很小，其大小随反向电压的增大而( B )。
A．减小 B．基本不变 C．增大
4．流过二极管的正向电流增大，其直流电阻将( C )。
A．增大 B．基本不变 C．减小
5．变容二极管在电路中主要用作( D )。、
A．整流 B．稳压 C．发光 D．可变电容器
1．3 是非题
1．在N型半导体中如果掺人足够量的三价元素，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。( × )
平衡载流子名词解释
平衡载流子名词解释
平衡载流子是指在半导体物质中传导电流的粒子。在固体材料中，载流子的移
动会导致电流的形成。平衡载流子包括两种类型：电子和空穴。
电子是带负电荷的粒子，是电流的主要负载流子。在半导体材料中，电子能带
分为价带和导带。导带是电子能量较高的一个带，而价带是电子能量较低的一个带。当外界施加足够的能量时，电子可以从价带跃迁到导带中，并在材料中移动形成电流。
空穴是带正电荷的带电粒子，是电子在价带中由于跃迁到导带而留下的空位。
空穴在半导体材料中表现为相当于正电子的载流子。它们可以在晶格中移动，形成电流流动。
在平衡状态下，半导体材料中电子和空穴的浓度大致相等，因此称为平衡载流子。在半导体器件中，平衡载流子的运动对于电子器件的特性和性能具有重要影响。了解平衡载流子的行为和特性对于设计和优化半导体器件至关重要。
总之，平衡载流子是指半导体材料中在平衡状态下参与电流传导的电子和空穴。它们的特性与行为对于半导体器件的功能起着关键作用。
1.1半导体基础知识
(a)N 型半导体 )
(b) P 型半导体 )
图
杂质半导体的的简化表示法
三、PN结的形成及其单向导电性
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 扩散运动 液体、固体均有之。 体、液体、固体均有之。
P区空穴 区空穴 浓度远高 于N区。 区 N区自由电 区自由电 子浓度远高 于P区。 区
+3
在杂质半导体中，温度变化时， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？ 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？ 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？ 子浓度的变化相同吗？
硼（B） ） 思考题： 型半导体带电否 带正电？带负电？ 型半导体带电否？ 思考题：N型半导体带电否？带正电？带负电？ P型半导体呢？ 型半导体呢？ 型半导体呢
扩散运动 扩散运动使靠近接触面 区的空穴浓度降低 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 使靠近接触面 区的空穴浓度降低、 扩散运动的继 N区的自由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继 区的自由电子浓度降低， 区的自由电子浓度降低 产生内电场，不利于扩散运动 续进行。 续进行。
PN结的形成
由于扩散运动使 区与 区的交界面缺少多数载流子， 区与N区的交界面缺少多数载流子 由于扩散运动使P区与 区的交界面缺少多数载流子，形成 扩散运动 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向 区向P 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从 区向 自由电子从P区向 区运动。 区向N 区、自由电子从 区向 区运动。 漂移运动 因电场作用所产生 的运动称为漂移运动 漂移运动。 的运动称为漂移运动。
电子技术基础(模拟)Ⅱ习题及答案
一、判断题
1 .√ 2. √ 3.X4. X 5. X
二、填空题
1. F D C A B E A C
2. C B A D
三、判断图示电路引入了何种反馈？
电流并联负反馈电压串联负反馈
电压并联正反馈电流并联负反馈
电流并联负反馈电压串联负反馈
电流串联负反馈电压并联负反馈
四、
1.试说明负反馈对放大电路的影响主要有哪些方面？
4.当放大电路输入频正弦信号时，工作在以静态工作点为中心，沿着交流负载线上下移动。为了避免波形失真，静态工作点应设在交流负载线的中间。若NPN型晶体管组成的基本共射放大电路发生饱和失真，应当调节基极电阻，应将此元件的值增大。
四、已知两只晶体管三个极的电流大小和方向如图所示。分别判断两个管子的类型，并在图中标出三个电极，并求出电流放大倍数β。
二、已知图示各场效应管工作在恒流区，请将管子类型、 极性、 极性分别填入表中。
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
沟道类型
N
P
N
N
P
P
增强或耗尽
耗尽
耗尽
增强型
耗尽
增强
耗尽
极性
正
负
正
正
负
N型半导体中的电子产生
(2)PN结加反向电压时的导电情况
外加的反向电压方向与PN结内电场方向相同，加强 了内电场。内电场阻止扩散运动进行，加剧漂移运动，形 成反向电流。
+4
+4表示除去价 电子后的原子
+4
共价键共 用电子对
+4
+4
常温下价电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本 征半导体中的自由电子很少，本征半导体的导电能力很弱。 温度升高或受到光的照射时，有的价电子可以挣脱原子 核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
空穴
+4
+4
自由电子(带负电） 原子带正电
+4
+4
多余电子 正离子
+4 +5
+4
常温下，热激发
施主原子
+4
自由电子
杂质原子可以提供电子，称之为施主原子。
N型半导体中的电子产生：
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴对。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由 电子浓度远大于空穴浓度，主要靠自由电子导电。 注：掺入杂质的浓度不同，导电性不同
高二电子电工期中试题(1卷)
高二期中测试卷
时间：150分钟总分：240分
一、选择题（每题2分，总计100分）
1、下列数据中，对NPN型三极管属于放大状态的是（ )。
A、VBE>0,VBE<VCE时
B、VBE<0，VBE<VCE时
C、VBE>0，VBE>VCE时
D、VBE<0，VBE>VCE时
2、工作在放大区域的某三极管，当IB从20μA增大到40μA时，IC从1mA变为2mA则它的β值约为（）。A、10 B、50 C、80 D、100
3、NPN型和PNP型晶体管的区别是（）。
A、由两种不同的材料硅和锗制成的
B、掺入的杂质元素不同
C、P区和N区的位置不同
D、管脚排列方式不同
4、(2-1，难)三极管各极对公共端电位如图所示，则处于放大状态的硅三极管是（）
5、5、(2-1，低)当晶体三极管的发射结和集电结都反偏时，则晶体三极管的集电极电流将
A、增大
B、减少
C、反向
D、几乎为零
6、6、(2-1，低)为了使三极管可靠地截止，电路必须满足
A、发射结正偏，集电结反偏
B、发射结反偏，集电结正偏
C、发射结和集电结都正偏
D、发射结和集电结都反偏
7、(2-1，中)检查放大电路中的晶体管在静态的工作状态（工作区），最简便的方法是测量（）
A、IBQ
B、UBE
C、ICQ
D、UCEQ
8、(2-1，中)对放大电路中的三极管进行测量，各极对地电压分别为UB=2.7V，UE=2V，UC=6V，则该管工作在( ) 。 A、放大区 B、饱和区 C、截止区 D、无法确定
9、(2-1，低)某单管共射放大电路在处于放大状态时，三个电极A、B、C对地的电位分别是UA=2.3V，UB=3V，UC=0V，则此三极管一定是 ( )
模拟电子技术基础选择题
5.1.7在乙类放大电路中，放大管的导通角等于_________。
.360 C.270
5.1.8功率放大电路的主要作用是向负载提供足够大的功率信号。
A.正确B.错误
5.1.9功率放大电路所要研究的问题就是一个输出功率的大小问题。
A.正确B.错误
顾名思义，功率放大电路有功率放大作用，电压放大电路只要电压放大作用而没有功率放大作用。
A.正确B.错误
·某一放大电路中引入了直流负反馈和交流电压串联负反馈，这些反馈能够稳定输出电压。
A.正确B.错误
·某一放大电路中引入了直流负反馈和交流电压串联负反馈，这些反馈能够增加输出电阻。
A.正确B.错误
·某一放大电路中引入了直流负反馈和交流电压串联负反馈，这些反馈能够减小输出电阻。
A.正确B.错误
7.6.5负反馈放大电路中越大，反馈就深，所以放大电路的级数越多越好。
A.正确B.错误
7.6.6·负反馈放大电路的反馈系数越大，越容易引起自激振荡。
A.正确B.错误
7.6.7·当负反馈放大电路中的反馈量与净输入量之间满足的关系时，就产生自激振荡
A.正确B.错误
C.输出功率与电源提供的功率之比D.最大不失真输出功率与电源提供的功率之比
5.1.4·甲类功放效率低是因为_________。
A.只有一个功放管B.静态电流过大C.管压降过大
本征半导体中的两种载流子
本征半导体中的两种载流子
本征激发
在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发。
空穴
在本征激发中，价电子成为自由电子后共价键上留下空位，这个空位称为空穴。空穴是一个带正电的粒子，其电量与电子相等，电极性相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，它和自由电子一样可以参加导电。
空穴、电子导电机理
由于共价键出现了空穴，在外加电场或其他因素的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位。这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的。
半导体基础知识专题培训课件
硅和锗的晶 体结构：
(1-6)
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(1-7)
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(1-3)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有 不同于其它物质的特点。例如：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。
(1-11)
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
(1-12)
1.1.3 杂质半导体
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电扩散荷运运动动，空间电荷区的厚 度固定不变。
《模拟电子技术(童诗白)》课件
二、杂质半导体
掺入微量杂质，可使半导体导电性能大大增强。按
掺入杂质元素不同，可形成N型半导体和P型半导体。
1、N型半导体 在本征半导体中掺入微量五价元素。
自由电子
硅原子
多余电子
+4
+4 +4
自由电子
N型半导体 ++ + +
+4
+5 +4
++ + +
+4
+4 +4
++ ++
磷原子
3、本征半导体中的两种载流子
载流子：能够自由移动的带电粒子。
载流子 自由电子 空穴
精选课件
5
4、本征半导体中载流子的浓度
+4
+4
+4
本征激发：半导体在受热
或光照下产生“电子空穴对”
+4
+4
+4
的
现象称为本征激发。
+4
+4 +4
复合：自由电子填补空穴，使两者消失的现象称
为复合。
动态平衡：在一定温度下，本征激发产生的“电
（a. 电子电流、b.空穴电流）
精选课件
10
三、PN结 1、PN结的形成
半导体基础
①N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 或锑）， ），晶体点阵中的某些半导体原子被 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共价键， 其中四个与相邻的半导体原子形成共价键， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 很容易被激发而成为自由电子， 很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 施主原子。 子给出一个电子，称为施主原子 子给出一个电子，称为施主原子。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 扩散运动 相当于两个区之间没有电荷运动， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。 度固定不变。
电位V 电位
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
半导体基础
半导体物理学简明教程答案陈志明编第二章 半导体中的载流子及其输运性质 课后习题答案
第二章 半导体中的载流子及其输运性质
1、对于导带底不在布里渊区中心，且电子等能面为旋转椭球面的各向异性问题，证明每个旋转椭球内所包含的动能小于（E －E C ）的状态数Z 由式（2-20）给出。 证明：设导带底能量为C E ，具有类似结构的半导体在导带底附近的电子等能面为旋转椭球面，即
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=-l t C m k m k k E k E 232
2
2122)( 与椭球标准方程
222
112
2221k k k a b c
++= 相比较，可知其电子等能面的三个半轴a 、b 、c 分别为
212
])(2[ c t E E m b a -== 21
2
])(2[
c l E E m c -= 于是，K 空间能量为E 的等能面所包围的体积即可表示为
23
212
2)()8(3434C t l E E m m abc V -==ππ
因为k 空间的量子态密度是V/(4π3
)，所以动能小于（E －E C ）的状态数（球体内的状态
数）就是
2/33
2
/122)()8(31
C t l E E m m V Z -=
π
2、利用式（2-26）证明当价带顶由轻、重空穴带简并而成时，其态密度由式（2-25）给出。 证明：当价带顶由轻、重空穴带简并而成时，其态密度分别由各自的有效质量m p 轻和m p 重表示。价带顶附近的状态密度应为这两个能带的状态密度之和。即：
2
/13
2
/321)()2(2)(E E m V E g V p V -= 轻π 2
/13
2/322)()2(2)(E E m V E g V p V -=
1.1 半导体基础知识
半导体具有如下重要特性: 半导体具有如下重要特性
(1) 热敏性 有些半导体对温度敏感 其导电能力随环境温度 热敏性: 有些半导体对温度敏感, 的升高而明显增加, 利用这一特性可做成各种热敏元件, 的升高而明显增加 利用这一特性可做成各种热敏元件 如热 敏电阻、 温度传感器等。 敏电阻、 温度传感器等。 (2) 光敏性 有些半导体在受光照时 其导电性能明显增强 利 光敏性: 有些半导体在受光照时,其导电性能明显增强 其导电性能明显增强, 用这一特性可做成各种光敏元件, 如光敏电阻、光电管等。 用这一特性可做成各种光敏元件 如光敏电阻、光电管等。 (3) 掺杂性 在纯净半导体中掺入微量元素（杂质）, 可使半 掺杂性: 在纯净半导体中掺入微量元素（杂质） 导体导电能力明显增强， 利用这一特性可制成各种的半导体 导体导电能力明显增强， 器件。 器件。 半导体的上述特性是由其内部的原子结构和原子间结合 方式决定的。 方式决定的。
多数载流子 在掺入磷元素以后， 在掺入磷元素以后，提 供了大量的自由电子， 供了大量的自由电子，增加 了空穴与电子的复合机会， 了空穴与电子的复合机会， 使本征激发产生的空穴数目 减少。 减少。
+5
型半导体中， 在掺入五价元素的N型半导体中，自由电子是多数载 掺入五价元素的 型半导体中 流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。 ），空穴是少数载流子 流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多， 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。
半导体中载流子的分布
一般EF位于禁带内，且与导带底或价带顶的距离远大于 k0T
对于导带中的所有量子态，被电子占据的概率一般都满 足f(E)<<1 E增大， f(E)减小，所以导带中绝大多数电子分布在导 带底附近。 E增大，1- f(E)增大，所以价带中绝大多数空穴分布在价 带顶附近。
量子态被电子占据的概率很小
f（E）表示能量为E的量子态被电子占据的概率 那么1 － f（E）表示量子态被空穴占据的概率
空穴的玻耳兹曼分布函 数 E 1 f B ( E ) B exp( ) k0T
当EF E k0T时
EF B exp( ) k0T
量子态被空穴占据的概率很小，几乎都被电子占据了。
热平衡状态
• 在一定温度下，载流子产生和复合的过程建立起动态平衡，即单位 时间内产生的电子-空穴对数等于复合掉的电子-空穴对数，称为热 平衡状态。 • 这时，半导体中的 导电电子浓度和空穴浓度都保持一个稳定的数值。 处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。 • 当温度改变时，破坏了原有的平衡，又重新建立起新的平衡.
费米分布函数
能量为E的一量子态被一个电子占据概率为f（E）。f(E)称为电子
的费米分布函数。 f(E)描写热平衡状态下，电子在允态上如何分布的一个统计分布 函数。处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级 k0是破耳兹曼常数，T是热力学温度，Ef为费米能级。
半导体中载流子的统计规律
3.2.2 非平 衡载 流子 浓度
• 当系统的平衡态被打破时，可以认为是导带和 价带处于平衡态，而导带和价带之间处于非平 衡态。 • 引入准费米能级： 和 • 非平衡载流子的浓度公式：
无论是电子还是空穴，非平衡载流子越多， 准费米能级偏离平衡费米能级越远。 载流子之积： 两种载流子费米能级差直接反映半导体偏 离热平衡的程度大小，差越大，偏离越大，不 平衡越明显；靠的越近，越接近平衡；两者重 合，形成统一的费米能级，半导体处于平衡态。
浓度和费米分布函数分别是：
•
强简并：
3.1.4 杂质 能级 的占 有率
• 费米分布函数适用于相互独立的状 态，导带电子属于这种情况，而杂 质上的电子却不是这样的，杂质上 的多重能级并不是相互独立的。 • 施主能级被电子和空穴占有的概率 分别是： • 受主能级被空穴和电子占有的概率 分别是：
3.2.1 平衡 载流 子浓 度
3.1.2 玻 尔 兹 曼 近 似
• 在本征半导体中或者低掺杂半导体 中，载流子浓度较低，导带中电子 的占有率和价带中空穴的占有率很 低，就不用考虑泡利不相容原理的 限制。 • 量子统计粗略为经典统计：
• 波尔兹曼近似适用于非简并半导体。
• •
3.1.3 简并 情形
•
当费米能级靠近带边或者进入到允带中的情况叫做简并，前 者是弱简并，后者是强简并。 简并情况下，在费米能级附近的各能级上载流子的占有率较 高，玻尔兹曼分布比费米分布求得的浓度要高很多，所以波 尔兹曼近似不适用于简并情形。 弱简并：引入
固体电子学 第四章 半导体中的载流子
由上式所表示的费米能级我们称之为本征费米能级.
EF还可写成下式
EF
Ec
2
Ev
kBT 2
ln(mm*n*p3)/2
从上式可以看出:
一般导带底电子的有效质量和价带顶空穴的有效质量具有相同的数量级,那么 本征费米能级接近禁带中央。
掺杂半导体的电子和空穴浓度不相等，
因此费米能级不在禁带中央。
N型半导体中，n>p,费米能级偏向导带； P型半导体中，n<p，费米能级偏向价带。
)
由于n=ni2/p，上式可以表示为：
EF
Ei
kBT
p ln( )
ni
4.2.5杂质未充分电离时的载流子浓度
温度较低，热运动的能量不足以使杂质充分电离，电离了的杂质可能比实际 掺入的杂质小很多。
杂质能级上的量子态被电子占有的概率与能带中的量子态是不同的。
电子占据施主能级的概率为：
1
fD (ED )
在xxdx范围内单位时间内增加的空穴增加的空穴密度净复合空穴密度设底面积为a单位时间通过x单位时间通过xdx处小体积元的空穴密一维扩散方程同时考虑扩散与复合过程则有一维扩散方程的稳态解稳态通解其中样品足够厚边界条件平均扩散距离lp表示空穴在边扩散边复合过程中减少至原值1e时扩散的距离lp标志非平衡少子深入样品的平均距离称为扩散长度
且非简并情况下，
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本征半导体中的两种载流子
本征激发
在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发。
空穴
在本征激发中，价电子成为自由电子后共价键上留下空位，这个空位称为空穴。空穴是一个带正电的粒子，其电量与电子相等，电极性相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，它和自由电子一样可以参加导电。
空穴、电子导电机理
由于共价键出现了空穴，在外加电场或其他因素的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位。这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的。