第2章半导体器件习题答案
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案第一章：半导体材料与晶体1.1 半导体材料的基本特性半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的基本特性包括：1.带隙：半导体材料的价带与导带之间存在一个禁带或带隙，是电子在能量上所能占据的禁止区域。
2.拉伸系统：半导体材料的结构是由原子或分子构成的晶格结构，其中的原子或分子以确定的方式排列。
3.载流子：在半导体中，存在两种载流子，即自由电子和空穴。
自由电子是在导带上的，在外加电场存在的情况下能够自由移动的电子。
空穴是在价带上的，当一个价带上的电子从该位置离开时，会留下一个类似电子的空位，空穴可以看作电子离开后的痕迹。
4.掺杂：为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
掺杂是将少量元素添加到半导体材料中，以改变载流子浓度和导电性质。
1.2 半导体材料的结构与晶体缺陷半导体材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。
晶体结构是指材料具有有序的周期性排列的结构，而非晶态结构是指无序排列的结构。
晶体结构的特点包括：1.晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞在三维空间中重复排列。
2.晶格常数是晶胞边长的倍数，用于描述晶格的大小。
3.晶体结构可分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
晶体结构中可能存在各种晶体缺陷，包括：1.点缺陷：晶体中原子位置的缺陷，主要包括实际缺陷和自间隙缺陷两种类型。
2.线缺陷：晶体中存在的晶面上或晶内的线状缺陷，主要包括位错和脆性断裂两种类型。
3.面缺陷：晶体中存在的晶面上的缺陷，主要包括晶面位错和穿孔两种类型。
1.3 半导体制备与加工半导体制备与加工是指将半导体材料制备成具有特定电性能的器件的过程。
它包括晶体生长、掺杂、薄膜制备和微电子加工等步骤。
晶体生长是将半导体材料从溶液或气相中生长出来的过程。
常用的晶体生长方法包括液相外延法、分子束外延法和气相外延法等。
掺杂是为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
常用的掺杂方法包括扩散法、离子注入和分子束外延法等。
北京交通大学模拟电子技术习题及解答第二章 半导体二极管及其基本电路
第二章半导体二极管及其基本电路2-1．填空（1）N型半导体是在本征半导体中掺入；P型半导体是在本征半导体中掺入。
（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流会。
（3）PN结的结电容包括和。
（4）晶体管的三个工作区分别是、和。
在放大电路中，晶体管通常工作在区。
（5）结型场效应管工作在恒流区时，其栅-源间所加电压应该。
（正偏、反偏）答案：（1）五价元素；三价元素；（2）增大；（3）势垒电容和扩散电容；（4）放大区、截止区和饱和区；放大区；（5）反偏。
2-2．判断下列说法正确与否。
（1）本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。
（）（2）P型半导体带正电，N型半导体带负电。
（）（3）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R GS大的特点。
（）（4）只要在稳压管两端加反向电压就能起稳压作用。
（）（5）晶体管工作在饱和状态时发射极没有电流流过。
（）（6）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。
（）（7）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（）（8）若耗尽型N沟道MOS场效应管的U GS大于零，则其输入电阻会明显减小。
（）答案：（1）对；温度升高后，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体来讲，电子和空穴的数量始终是相等的。
（2）错；对于P型半导体或N型半导体在没有形成PN结时，处于电中性的状态。
（3）对；结型场效应管在栅源之间没有绝缘层，所以外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。
（4）错；稳压管要进入稳压工作状态两端加反向电压必须达到稳压值。
（5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。
（6）对；N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。
（7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。
半导体物理与器件习题
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。
2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。
4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？二、第二章量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。
三、第三章固体量子理论初步1．能带的基本概念◼能带（energy band）包括允带和禁带。
◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。
◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
《半导体器件》习题及参考答案
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 dxd p S εψ)0(,22n S D x x qN dxd ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx 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⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=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/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn 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*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。
解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L x W e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。
半导体第二章习题解析
等m效0玻尔半径
（Ge: ，Si:
）试，计基r 算质16G相e对r,S价i浅h电施q2常2r主rm数n*0的12束缚
2－2
硅中掺入某种施主杂质，设其电子有效质
量 mn* ,0计.2算6m电0 离能为多少？若
，其电
离能又m为n* 多 0少.4？m0这两种值中哪一种更接近实验值？
解答：利用类氢原子模型：
E Di
mn* m0
E0
2 r
E0 13.6eV , 对Si : r 12
mn*
0.26m0 , Eni
第二章
PowerPoint2003
《半导体物理》第二章
2－1 2－2 2－3 2－4 2－5 2－5(2)
2－6 2－6(2) 2－7 2－8 2－8(2)
2－1
掺入锗，硅晶体中的杂质通常有磷，铟，锑,硼， 砷，铝，镓，铋，
其中哪些是施主杂质? 哪些是受主杂质？
解答：
磷，砷，铋，锑为Ⅴ族元素，为施主杂质 硼，铝，镓，铟为Ⅲ族元素，为受主杂质。
解答： 施主能级和受主能级分别以D和A表示： 如下图：
硅晶体中(eV)
锗晶体中(eV)
类型
Au D A
Ag D A
Cu A Fe D Zn A Cd A Ni A
位置
类型
EV 0.35
D
EC 0.54
A
EV 0.32
A
EC 0.29
A EV 0.24, EV 0.37, EV 0.52
E1
a
Z
2 e ff
25 128
5 4
Z eff
E2
aZ
2 eff
将 E2 0.055 2.475 2 0.3365 eV EAi2
2章习题答案
2 半导体三极管自我检测题一．选择和填空1. 三极管工作在放大区时，发射结为_A_，集电结为_B_，工作在饱和区时，发射结为_A_，集电结为_A_。
（A ．正向偏置，B ．反向偏置，C ．零偏置） 2. NPN 和PNP 型三极管的区别取决于 D 。
（A ．半导体材料硅和锗的不同，B ．掺杂元素的不同，C ．掺杂浓度的不同，D ．P 区和N 区的位置不同）3. 三极管的共射交流电流放大系数定义为I C 变化量（或ΔI C ）与I B 变化量（或ΔI B ）之比，共基交流电流放大系数定义为I C 变化量（或ΔI C ）与I E 变化量（或ΔI E ）之比。
已知某三极管的＝，那么该管的99 。
4. 三极管的I CBO 是指_发射_极开路时，集电_极与 基 极间的反向饱和电流；I CEO 是指基 极开路时，_集电_极与_发射__极之间的穿透电流。
5. 随着温度升高，晶体管的穿透电流CEO I A 。
（ A ．增大，B ．减小，C ．不变）6．对于同一个三极管来说，CBO I A CEO I ；BR(CBO)V B BR(CEO)V 。
（A ．小于， B ．大于，C ．等于）7. V CE 增加时，晶体管的共射极输入特性曲线_ A __，V CE 达到1V 以后，输入特性曲线_C___。
（A ．右移， B ．左移，C ．不变）8. 已知某三极管的P CM ＝800mW ，I CM ＝500mA,，BR(CEO)V ＝30V 。
若该管子在电路中工作电压V CE ＝10V ，则工作电流I C 不应超过 80 mA ；若V CE ＝1V ，则I C 不应超过 500 mA 。
若管子的工作电流I C ＝10mA ，则工作电压V CE 不应超过 30 V ；若I C ＝200mA ，则V CE 不应超过 4 V 。
9. N 沟道和P 沟道场效应管的区别在于 C 。
（A ．衬底材料前者为硅，后者为锗， B ．衬底材料前者N 型，后者为P 型，C ．导电沟道中载流子前者为电子，后者为空穴）10. 场效应管栅极的静态输入电流比双极型晶体管基极的静态输入电流小；绝缘栅型场效应管栅极的静态输入电流比结型场效应管的小。
半导体物理与器件吕淑媛第二章课后答案
半导体物理与器件吕淑媛第二章课后答案
1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么?
答:(1）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。
(2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。
(3）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。
2．以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n 型半导体。
As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge 原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge 原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As 原子形成一个不能移动的正电中心。
这个过程叫做施主杂质的电离过程。
能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。
3.以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。
4．以Si在GaAs 中的行为为例，说明IV族杂质在IIl-V族化合物中可能出现的双性行为。
Si取代GaAs 中的Ga原子则起施主作用;Si取代GaAs 中的As 原子则起受主作用。
导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。
硅先取代Ga 原子起施主作用，随着硅浓度的增加，
硅取代As 原子起受主作用。
2章-常用半导体器件及应用题解
第二章常用半导体器件及应用一、习题2.1填空1. 半导材料有三个特性，它们是、、。
2. 在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。
3. 二极管的主要特性是。
4．在常温下，硅二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V；锗二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V。
5．在常温下，发光二极管的正向导通电压约为V，考虑发光二极管的发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在mA。
6. 晶体管(BJT)是一种控制器件；场效应管是一种控制器件。
7. 晶体管按结构分有和两种类型。
8. 晶体管按材料分有和两种类型。
9. NPN和PNP晶体管的主要区别是电压和电流的不同。
10. 晶体管实现放大作用的外部条件是发射结、集电结。
11. 从晶体管的输出特性曲线来看，它的三个工作区域分别是、、。
12. 晶体管放大电路有三种组态、、。
13. 有两个放大倍数相同，输入电阻和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。
在负载开路的条件下，测得A放大器的输出电压小，这说明A 的输入电阻。
14．三极管的交流等效输入电阻随变化。
15．共集电极放大电路的输入电阻很，输出电阻很。
16．射极跟随器的三个主要特点是、、。
17．放大器的静态工作点由它的决定，而放大器的增益、输入电阻、输出电阻等由它的决定。
18．图解法适合于，而等效电路法则适合于。
19．在单级共射极放大电路中，如果输入为正弦波，用示波器观察u o和u i的波形的相位关系为；当为共集电极电路时，则u o和u i的相位关系为。
20. 在NPN共射极放大电路中，其输出电压的波形底部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)，若输出电压的波形顶部被削掉，称为失真，原因是Q 点(太高或太低)。
如果其输出电压的波形顶部底都被削掉，原因是。
21．某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为9V、2V和1.4V，则该三极管属于型，由半导体材料制成。
半导体器件物理第二章答案
2-1．P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用2TV V i np n e=导出)(n n x p 表达式。
给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。
解：在n x x =处 ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛-=KT E E n x n KT E E n x p i Fn in n FP i i nn exp exp()()VT V i Fp Fn i n n n n e n KT E E n x n x p 22exp =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 而()()()000n n n n nn n n n n n n p x p p p n x n n n p x =+∆≈∆=+∆=+ （n n n p ∆=∆）()()TTV Vin n n V V in n n en p n p e n n n p 2020=∆+⇒=∆+2001TV V n i n n n p n p e n n ⎛⎫⇒+=⎪⎝⎭ T V V 22n n0n i p +n p -n e =0n p =(此为一般结果)小注入：（0n n n p <<∆）T TV V n V V n i n e p e n n p 002== ()002n n i p n n =大注入： 0n n n p >>∆ 且 n n p p ∆= 所以 TV V inen p 22=或 TV Vi n en p 2=2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程20lni ad T p n n N N V =-=ψψψ。
解：净电子电流为()n nn nI qA D n xμε∂=+∂ 处于热平衡时，I n ＝0 ，又因为 d dxψε=-所以nnd nn D dx xψμ∂=∂，又因为n T n D V μ=（爱因斯坦关系） 所以dn nV d T=ψ， 从作积分，则2002ln ln ln ln ln i a d n p T n T po T d T T a in N NV n V n V N V V N n ψψψ=-=-=-=2-3．根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明，在外加正向偏压V 作用下，PN 结N 侧空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =∆。
半导体器件物理(第二版)第二章答案解析
2-1．P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用2TV V i np n e=导出)(n n x p 表达式。
给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。
解：在n x x =处 ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛-=KT E E n x n KT E E n x p i Fn in n FP i i nn exp exp()()VT V i Fp Fn i n n n n e n KT E E n x n x p 22exp =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 而()()()000n n n n nn n n n n n n p x p p p n x n n n p x =+∆≈∆=+∆=+ （n n n p ∆=∆）()()TTV Vin n n V V in n n en p n p e n n n p 2020=∆+⇒=∆+2001TV V n i n n n p n p e n n ⎛⎫⇒+=⎪⎝⎭ T V V 22n n0n i p +n p -n e =0n p =(此为一般结果)小注入：（0n n n p <<∆）T TV V n V V n i n e p e n n p 002== ()002n n i p n n =大注入： 0n n n p >>∆ 且 n n p p ∆= 所以 TV V ine n p 22=或 TV Vi n en p 2=2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程20lniad T p n n N N V =-=ψψψ。
解：净电子电流为()n nn nI qA D n xμε∂=+∂处于热平衡时，I n ＝0 ，又因为d dxψε=-所以nnd nn D dx xψμ∂=∂，又因为n T n D V μ=（爱因斯坦关系） 所以dn nV d T=ψ， 从作积分，则2002ln ln ln ln ln i a d n p T n T po T d T T a in N NV n V n V N V V N n ψψψ=-=-=-=2-3．根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明，在外加正向偏压V 作用下，PN 结N 侧空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =∆。
第2章半导体三极管及基本放大电路(精)
第2章半导体三极管及基本放大电路1．温度升高时，晶体管的电流放大系数和反向饱和电流I CBO______，正向结压降V BE______；共射输入特性曲线将______，输出特性曲线将______，而且输出特性曲线之间的间隔将______。
A．变大，变小，左移，上移，增大B．变大，变大，右移，上移，增大C．变大，变小，左移，下移，增大D．变小，变大，右移，上移，增大2．现有八种半导体器件，其型号分别是3AX22，2CZ11，3DG6，2AP9，3DJ13，2CP10，3DD1，2CW11。
说明哪些是普通硅二极管，哪些是普通锗二极管，哪些是硅稳压管。
A．2AP9 二极管，2CZ11锗二极管，2AP9硅稳压管B．2AP9硅二极管，2CP10锗二极管，2CW11硅稳压管C．2CW11硅二极管，2AP9锗二极管，2CP10硅稳压管D．2CP10硅二极管，2AP9锗二极管，2CW11硅稳压管3．三极管的极限参数P CM=150mW，I CM=100mA，V(BR)CEO=30V，若其工作电压V CE=10V，则工作电流不得超过______mA；若V CE=1V，则工作电流不得超过______mA；若工作电流I C=1mA，则工作电压V CE不得超过______V。
A．15；100；150B．15；150；150C．15；150；30D．15；100；304．对双极型晶体管下列说法正确的是( )A．发射极和集电极可以调换使用，因为双极型晶体管发射极和集电极的结构对称B．发射极和集电极可以调换使用，因为双极型晶体管发射极和集电极的电流基本相同C．发射极和集电极不能调换使用，因为双极型晶体管发射极和集电极的结构不对称，发射极掺杂浓度比集电极高D．发射极和集电极不能调换使用，因为双极型晶体管发射极和集电极的结构不对称，发射极掺杂浓度比集电极低5．晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数和在放大区工作时的关系是：A．饱和区的电流放大系数大于放大区工作时的电流放大系数B．饱和区的电流放大系数等于放大区工作时的电流放大系数C．饱和区的电流放大系数小于放大区工作时的电流放大系数D．饱和区的电流放大系数与放大区的电流放大系数的关系不能确定6．对于晶体基区的叙述下面正确是是。
《半导体器件》习题与参考答案
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 dxd p S εψ)0(,22n SD x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx 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⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=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/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn 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*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。
解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L xW e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。
模拟电子技术基础课后练习答案(国防科技大学出版社)第二章 半导体器件习题答案(大题)
习题：一．填空题1. 半导体的导电能力与温度、光照强度、掺杂浓度和材料性质有关。
2. 利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料可制成发光二级管，利用PN结的光敏性可制成光敏（光电）二级管。
3.在本征半导体中加入＿＿5价＿＿元素可形成N型半导体，加入＿3价＿元素可形成P型半导体。
N型半导体中的多子是_自由电子_______；P型半导体中的多子是___空穴____。
4. PN结外加正向电压时导通外加反向电压时截止这种特性称为PN结的单向导电性。
5. 通常情况下硅材料二极管的正向导通电压为0.7v ，锗材料二极管的正向导通电压为0.2v 。
6..理想二极管正向电阻为__0______，反向电阻为_______，这两种状态相当于一个___开关____。
7..晶体管的三个工作区分别为放大区、截止区和饱和区。
8.. 稳压二极管是利用PN结的反向击穿特性特性制作的。
9.. 三极管从结构上看可以分成 PNP 和 NPN 两种类型。
10. 晶体三极管工作时有自由电子和空穴两种载流子参与导电，因此三极管又称为双极型晶体管。
11.设晶体管的压降U CE不变，基极电流为20μA时，集电极电流等于2mA，则β=__100__。
12. 场效应管可分为绝缘栅效应管和结型两大类，目前广泛应用的绝缘栅效应管是MOS管，按其工作方式分可分为耗尽型和增强型两大类，每一类中又分为N沟道和P沟道两种。
13. 查阅电子器件手册，了解下列常用三极管的极限参数，并记录填写题表2-1在下表中题表2-1二．选择题1.杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于A。
A、杂质浓度B、温度C、输入D、电压2.理想二极管加正向电压时可视为 B ，加反向电压时可视为＿＿A＿＿。
A.开路B.短路C.不能确定3.稳压管的稳压区是二极管工作在＿＿D＿＿状态。
A.正向导通B.反向截止C.反向导通D.反向击穿4.当温度升高时，二极管的反向饱和电流将＿＿A＿＿。
半导体物理习题答案
半导体物理习题答案 The document was prepared on January 2, 2021第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。
解：K状态电子的速度为：（1）同理，－K状态电子的速度则为：（2）从一维情况容易看出：（3）同理有：（4）（5）将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：（6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成：式中，a为晶格常数。
试求：（1）能带的宽度；（2）能带底部和顶部电子的有效质量。
解：（1）由E(k)关系（1）（2）令得：当时，代入（2）得：对应E(k)的极小值。
当时，代入（2）得：对应E(k)的极大值。
根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。
故：能带宽度（3）能带底部和顶部电子的有效质量：习题与思考题：1 什么叫本征激发温度越高，本征激发的载流子越多，为什么试定性说明之。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。
求：（1）能带宽度；（2）能带底和能带顶的有效质量。
6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此为什么10有效质量对能带的宽度有什么影响有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。
半导体器件物理(第二章 PN结答案)
且 max
qa 8k 0
d 式再积分一次得 dx
qa 4 3 2 x W x B 8k 0 3
qaW 3 qaW 3 qaW 3 B B W n x 48 16 24 k k k 2 0 0 0 3 3 3 W qaW qaW B qaW B x 48k 0 16k 0 24k 0 2
D p p pVT p ， Ln Dn n nVT n
n n p0 n q ， p p n0 p q ， n p
n p 0 n q pV T p pn 0 ，即 N d pn 0 p q nVT n 即 n p 0 n Na ， pn 0 p
12k 0 0 qaW 3 0 n p W qa 12k 0 N Na Nd N VT ln a ln a 2 ni ni ni
1
3
因为
0 VT ln
当 x xn
W W 时 ， N d N a ax N d a 2 2 W W 当 x x p 时 ， Na 2 2 a 2W 2 aW 2VT ln 2 4ni 2ni
N d1 ni2 N d2 ni2
令 0 n1 n2 则
0 VT ln
N d1 N d2
0 即空间电荷区两侧电势差。
2-8． （a）绘出图 2-6a 中 N BC 10 cm 的扩散结的杂质分布和耗尽层的草图。解释为何耗
14
3
尽层的宽度和 VR 的关系曲线与单边突变结的情况相符。
2 K 0 0 N a xn qN a ( N a N d )
电力电子学课后答案第二章
2.1 说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答案答：PN 结——半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与内电场方向相反，因此PN 结的内电场被削弱。
内电场所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。
大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。
这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。
二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过1V，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）。
这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。
PN结——半导体二极管在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场与原内电场方向相同。
因此外电场使原内电场更增强。
多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。
这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。
因此反偏时二极管电流极小。
在一定的温度下，二极管反向电流在一定的反向电压范围内不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流。
因此半导体PN结呈现出单向导电性。
其静态伏－安特性曲线如左图曲线①所示。
但实际二极管静态伏－安特性为左图的曲线②。
二极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。
硅二极管的门坎电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V ，当外加电压大于后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。
二极管外加反向电压时仅在当外加反向电压不超过某一临界击穿电压值时才会使反向电流保持为反向饱和电流。
实际二极管的反向饱和电流是很小的。
但是当外加反向电压超过后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。
2.2 说明二极管的反向恢复特性。
半导体物理分章答案第二章
ED
③Au一：Au0 + e →Au一
EC 0.04eV
ED
Eg
EV
EA 0.15eV
Eg EV
④Au二：Au一 + e →Au二
0.20eV EA2 EA1 0.15eV EC Eg EV
⑤Au三：Au二 + e →Au三
EA3 EA2 EA1 0.15eV EC Eg EV
0.04eV
例如：GaAs中掺Si（IV族）
Si
Si
Ga As
施主
受主
§2.3 缺陷能级
Imperfection Level
1、点缺陷
常见点缺陷
• 空位
• 间隙原子 • 反结构缺陷
哈尔滨工业大学微电子科学与技术系
（1）Si中的点缺陷
以空位、间隙和复合体为主。 • A、空位 V0 + e → V-（受主） V0 - e → V+（施主）
• NA>ND时：p 型半导体 因EA在ED之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空 位，即施主与受主先相互“抵消”，剩余的束缚空穴再电 离到价带上。
有效受主浓度： NA*=NA-ND
• NA≌ND时：杂质高度补偿
高度补偿：若施主杂质浓度与受主杂质尝试相差不大或二 者相等，则不能提供电子或空穴，这种情况称 为杂质的高度补偿。 本征激发的导带电子
m* q 4 p
(4)
（mn*和mp*分别为电导有效质量） 估算结果与实际测量值有 误差，但数量级相同。 这种估算有优点，也有缺 点。 • Ge：△ED~0.0064eV • Si： △ED~0.025eV
6、杂质补偿
半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，受主杂质 会接受施主杂质的电子，导致两者提供载流子的能力相互 抵消，这种作用称为杂质补偿。 在制造半导体器件的过程中，通过采用杂质补偿的方 法来改变半导体某个区域的导电类型或电阻率。
半导体器件基础习题答案(完美版)
半导体器件习题答案
片的电阻率较大？说明理由。 A:
1 , n型半导体 q n N D 1 , p型半导体 q p N A
两片晶片的掺杂浓度相同，而电子的迁移率大于空穴的迁移率，因此 p 型半导体即晶片 2 的电阻率较大。 Q: (e) 在室温下硅样品中测得电子的迁移率 cm2/V .s 。求电子的扩散系数。 A:
第二章 2.2 使用价键模型，形象而简要地说明半导体 (a) 失去原子 (b) 电子 (c) 空穴 (d) 施主 (e) 受主
2.3 Q: 使用能带模型，形象而简要地说明半导体： (a) 电子 (b) 空穴 (c) 施主
(d) 受主
(e) 温度趋向于 0 K 时，施主对多数载流子电子的冻结
(f) 温度趋向于 0 K 时，受主对多数载流子空穴的冻结 (g) 在不同能带上载流子的能量分布 (h) 本征半导体
说明：当材料内存在电场时，能带能量变成位置的函数，称为“能带弯曲” Q: (b) 电子的动能为零，即 K.E.=0 A: 说明：
Q: (c) 空穴的动能 K.E.=EG/4 A: 说明：
Q: (d) 光产生 A:
说明：从外部输入的光被吸收，电子被激发后，直接从价带进入导带 Q: (e) 直接热产生
1062109053 杨旭一整理 （仅供参考）
* m* p 2 m p ( Ev E )
g v ( E )[1 f ( E )] ( Ev E ) e
1/ 2
2
3
e ( E EF ) / kT
( E E F ) / kT
...
* m* p 2m p
d g c ( E ) f ( E ) dE e ( E EF ) / kT ( Ev E )1/ 2 e ( E EF ) / kT 1/ 2 2( Ev E ) kT 0 EE
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第2章习题解答1. 有人说，因为在PN 结中存在内建电场，所以将一个二极管的两端短路，在短路线中将由于此电场的存在而流过电流。
此说是否正确？为什么？ 答：此种说法不正确，将一个二极管的两端短路，PN 结外加电压为零，当环境条件稳定时，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，PN 结中扩散电流和漂移电流大小相等，方向相反，流过PN 结的净电流为零。
2. 假设下图中二极管均为理想二极管，试画出v i ~ v o 的转移特性曲线。
+V CC CCv iv oCC CCv v o(a) (b)解：对图（a ）所示电路，定义节点A 、B 如下所示：+V CC CCv iv o当i v 小于CC V 、大于CC V -时，1D 、2D 都截止。
输出o v 等于零； 当i v 大于CC V 时，节点A 的电位开始大于零，2D 导通，1D 截止；输出32/2CC i CCCCi o V v R R R V R R V v v -=+-+=当i v 小于CC V -时，节点B 的电位开始小于零，1D 导通，2D 截止；输出32/2CC i iiCC o V v R R R v R R v V v +=++-=图（b ）所示电路是一个双向限幅电路，输出正向限幅电压为：L LCCR R R V +，输出负向限幅电压为：L LCCR R R V +-当L L CC i R R R V v +≤时，输入与输出相同，当L L CC i R R R V v +>时，输出限幅在LLCC R R R V+-和L LCCR R R V + 两个电平上。
3. 下图是一种二极管整流电路，称为全波整流电路。
其中v 1 = v 2。
试分析它的工作原理，画出输出电压的波形并计算输出电压的平均值。
解：在输入信号的正半周，D 1导通、D 2截止，在输入信号的负半周， D 2导通、D 1截止，输入信号与输出的关系为：tωVVtω输出电压的平均值为：12sin()()om omV t d t Vπωωππ=⎰4.下图也是一种二极管整流电路，称为桥式整流电路。
试分析它的工作原理，画出输出电压的波形并计算输出电压的平均值。
解：在输入信号的正半周，D1导通、D2截止，在输入信号的负半周，D2导通、D1截止，输入信号与输出的关系为：tωVVtω输出电压的平均值为：12sin()()om omV t d t Vπωωππ=⎰5.下图是一种双向限幅电路。
假设二极管为理想二极管，试画出v i ~ v o的转移特性曲线。
o解：定义节点A 如下图所示：o当2E V v A i <<时，D 1截止、D 2导通，此时112112E R R R E E V A -++=即当)(112112E R R R E E V v A i -++=<时，D 1截止、D 2导通，输出电压限幅在112112E R R R E E V A -++=当输入电压大于E 2时，D 1导通、D 2截止，输出限幅在E 2。
而当212112)(E v V E R R R E E i A <<=-++时，D 1 、D 2都导通，输出跟随输入变化。
转移特性曲线为（假定V A 小于零）：6. 下图也是一种双向限幅电路。
试用带阈值的理想二极管模型分析v i ~ v o 的转移特性曲线。
解：由于是带阈值的理想二极管，则当输入信号的绝对值大于二极管的导通电压时，输出限幅在二极管导通电压阈值的正负值上，当输入信号的绝对值小于二极管的导通电压时，两个二极管都截止，输出跟随输入变化。
转移特性曲线为：7. 设下图电路中，稳压管的主要参数为V Z = 5V 、I Z = 10mA 、I Z (min) = 2mA 、I Z (max) = 20mA 、r Z = 5Ω。
若输入电压的最大值为12V 、最小值为8V ，负载电阻为1k Ω，试设计合适的限流电阻R 的阻值，并计算此电路的稳压系数和动态内阻。
RV o+稳压管的电流不应小于其最小值，即：1258120512+-<<+-R 注意上述式子忽略了稳压管自身的电压变化。
根据上式，取R=350Ω。
估算输入电压分别是12V 和8V 时稳压管电流的变化如下：mA 43.11)1535.058()1535.0512(=----- 则mV V o 15.57543.11=⨯=∆%14.1%100=⨯∆ooV V 而100%50%iiV V ∆⨯= 稳压系数为：0.0228 动态内阻近似为r Z = 5Ω8. 有人认为：由于PNP 晶体管的极性与NPN 晶体管的极性相反，集电极电流的方向也相反，所以它们的交流小信号模型中相关电流源的电流应该反相，如下图所示。
此说法是否正确？为什么？cbcbNPN型晶体管PNP型晶体管解：此种说法不正确，交流小信号模型中相关电流源的电流考虑的是交流电流，即电流的变化部分。
不管是NPN型还是PNP型，在共发射极情况下，尽管它们的静态集电极电流方向相反，但是其中的交流成分的方向始终是一样的。
9.假定以下电路中晶体管的β均为100，确定它们是否工作在放大区。
若不是，将电路作最小的修改以使晶体管工作正常。
+10V12V(a) (b)解：图（a）所示电路，先假定三极管工作在放大区，则基极回路方程为：2)1001()15//10(7.015101510⨯⨯++⨯+=+⨯BBII由此得：210010121065.2100<⨯⨯-⨯-=≈⨯=CCCEBCIIVmAII故三极管没有工作在放大区，为使三极管工作在放大区，一种方法是减小基极电流使其脱离饱和区，为此将10K的基极偏置电阻增大，例如为30K即可。
图（b）所示电路，先假定三极管工作在放大区，则基极回路方程为：1007.06⨯+=B I由此得：10123.5100<⨯-=≈⨯=CCEBCIVmAII故三极管没有工作在放大区，为使三极管工作在放大区，一种方法是将集电极偏置电阻减小使其脱离饱和区，为此将10K 的集电极偏置电阻减小，例如为1.2K 即可。
当然也可以减小发射极回路的直流电源数值以减小基极电流使其脱离饱和区，例如1.5V 即可。
图（c ）所示电路，三极管发射结处于反向偏置状态，三极管工作在截止区，为此一种比较简单办法是将-5V 直流电源改为+5V 直流电源。
图（d ）所示电路，三极管是PNP ，发射结处于反向偏置状态，集电结的偏置状态也不正确，为此一种比较简单办法是将10V 直流电源改为-10V 直流电源。
10. 在以下电路中，晶体管参数为：β＝100，r bb' = 60Ω，C ob = 0.5pF ，f T = 100MHz ，V A＝100V 。
估算的它们的静态工作点、低频小信号模型参数r be 、g m 、r ce 以及高频小信号模型参数C π 、C μ 。
+12V(a) (b)解：对图（a ）所示电路，首先计算电路的静态工作点，3)1001(125007.012⨯⨯+-=⨯+=B CE B I V I得：VV mA I CE B 22.50226.0==则：'26(1)606011501210(Ω)T be bb EQ BV r r I I β=++⨯=+≈+= )(25.4426.2100)(92.862626.2Ω≈=≈===K I V r mS V I g CQ A ce TCQ m''1261000.510131.122 3.14100101210ob b c T b eC C C C pFf r μπβπ-≈=-=-⨯≈⨯⨯⨯⨯ 对图（b ）所示电路，首先计算电路的静态工作点，2)1()20//5(7.0520512⨯⨯++⨯+=+⨯B B I I β求得：VV mAI EC C 05.685.0)25(1285.0=⨯+-≈≈则：)(8.31188.3058601002660r 'be Ω=+≈⨯+=⨯+=CCQ T bb I I V r β )(65.11785.0100)(69.322685.0Ω≈=≈===K I V r mS V I g CQ A ce TCQ mpFC r f C C C c b eb T ob 56.50105.08.31181010014.3210021260''≈⨯-⨯⨯⨯⨯=-=≈-πβπμ11. 晶体管的β 和V BE (on ) 都会由于温度的影响而改变。
若已知β 的变化率为11%/C d dTββ⋅= ，V BE (on )的变化率为()o 2mV/C BE on dV dT =-。
当环境温度升高25℃时，上一题中的两个电路的集电极电流将各升高多少？解：根据题目给出的已知条件，当环境温度升高25℃时，VV on BE 65.0102257.0125251003)(=⨯⨯-==+=-β 上题图（a ）：mA I C 84.212550065.012=⨯-=， 升高2.84-2.26=0.58mA上题图（b ）：mAI I I I B CB B 875.01252)1125()20//5(65.0520512≈⨯=⨯⨯++⨯+=+⨯， 仅升高0.025mA ，可见图（b ）电路的稳定性要好的多。
12. 已知下图场效应管的2n OX C W lμ＝0.5mA/V 2，V GS (on ) = 3V ，V A = 80V 。
R G 1 = 30k Ω，R G 2= 18k Ω，R G 3 = 1M Ω，R D = 5k Ω，V DD = 12V 。
试求该场效应管静态工作点和低频小信号模型参数。
+V DD解：设场效应管工作在饱和区，考虑沟道长度调制效应：DD D DD DS ADSon GS GS OX n D G G G DD GS I R I V V V V V V lWC I VR R R V V 512)1()(25.42)(212-=-=+-==+⨯=μ 求得：VV mA I DS D 96.521.1≈≈mS V V lWC g on GS GS OX n m 5.1)()(=-=μΩ≈==K I V r DQ A ds 17.6621.18013. 已知下图场效应管的I DSS ＝6mA ，V GS (off ) =－2V ，V A = 100V 。
R G = 1M Ω，R S = 3k Ω，R D = 5k Ω，V DD = 12V 。
试求该场效应管的静态工作点和低频小信号模型参数。
V DD解：这是一个自给偏置的结型场效应放大器，为计算方便，先忽略沟道长度调制效应，由电路图得：22)()231(6)1(D off GS GS DSS D S D GS I V V I I R I V -⨯=-=-=)(S D D DD DS R R I V V +-=求得：120.930.48D D I mA I mA≈≈由于mA I D 93.01≈时，V GS = -2.79V< V GS (off) ，所以此电流不符合电路要求，可能的工作点只有一个，即I D= 0.48mA 。