清华大学出社模拟电子技术习题解答

第三部分 习题与解答

习题1

客观检测题

一、填空题

1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。

2、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 大于 漂移电流，耗尽层 变窄 。当外加反向电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。

3、在N 型半导体中，电子为多数载流子， 空穴 为少数载流子。

二．判断题

1、由于P 型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。（ × ）

2、在N 型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P 型半导体。（ √ ）

3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。（× ）

4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。（ × ）

5、PN 结在无光照无外加电压时，结电流为零。（ √ ）

6、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。（ × ）

7、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。（× ）

三．简答题

1、PN 结的伏安特性有何特点？

答：根据统计物理理论分析，PN 结的伏安特性可用式)1e (I I T V V

s D -⋅=表示。 式中，I D 为流过PN 结的电流；I s 为PN 结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I 的单位一致；V 为外加电压； V T =kT/q ，为温度的电压当量（其单位与V 的单位一致），其中玻尔兹曼常数k .J /K -=⨯23

13810

，电子电量

)(C 1060217731.1q 19库伦-⨯=，则)V (2

.11594T

V T =

，在常温（T=300K ）下，V T ==26mV 。当外

加正向电压，即V 为正值，且V 比V T 大几倍时，1e

T

V V >>，于是T

V V s e

I I ⋅=，这时正向电流

将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN 结为正向导通状态.外加反向电压，即V 为负值，且|V|比V T 大几倍时，1e

T

V V

<<，于是s I I -≈，这时PN 结只流过很小的反向饱和电流，且数

值上基本不随外加电压而变，PN 结呈反向截止状态。PN 结的伏安特性也可用特性曲线表示，如图所示.从式伏安特性方程的分析和图特性曲线（实线部分）可见：PN 结真有单向导电性和非线性的伏安特性。

2、什么是PN 结的反向击穿？PN 结的反向击穿有哪几种类型？各有何特点？

答：“PN”结的反向击穿特性：当加在“PN”结上的反向偏压超过其设计的击穿电压后，PN 结发生击穿。

PN 结的击穿主要有两类，齐纳击穿和雪崩击穿。齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN 结，一般反向击穿电压小于4Eg/q （E g —PN 结量子阱禁带能量，用电子伏特衡量，Eg/q 指PN 结量子阱外加电压值，单位为伏特）的PN 的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。

雪崩击穿主要发生在“PN”结一侧或两侧的杂质浓度较低“PN”结，一般反向击穿电压高于6 Eg/q 的“PN”结的击穿模式为雪崩击穿。击穿机理就是强电场使载流子的运动速度加快，动能增大，撞击中型原子时把外层电子撞击出来，继而产生连锁反应，导致少数载流子浓度升高，反向电流剧增。

3、PN 结电容是怎样形成的？和普通电容相比有什么区别？

PN 结电容由势垒电容C b 和扩散电容C d 组成。

图 PN 伏安特性

势垒电容C b是由空间电荷区引起的。空间电荷区内有不能移动的正负离子，各具有一定的电量。当外加反向电压变大时，空间电荷区变宽，存储的电荷量增加；当外加反向电压变小时，空间电荷区变窄，存储的电荷量减小，这样就形成了电容效应。“垫垒电容”大小随外加电压改变而变化，是一种非线性电容，而普通电容为线性电容。在实际应用中，常用微变电容作为参数，变容二极管就是势垒电容随外加电压变化比较显著的二极管。

扩散电容C d是载流子在扩散过程中

的积累而引起的。PN结加正向电压时，

N区的电子向P区扩散，在P区形成一

定的电子浓度(N p)分布，PN结边缘处浓

度大，离结远的地方浓度小，电子浓度

按指数规律变化。当正向电压增加时，

载流子积累增加了△Q；反之，则减小，

图P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累如图所示。同理，在N区内空穴浓度随

外加电压变化而变化的关系与P区电子浓度的变化相同。因此，外加电压增加△V时所出现的正负电荷积累变化△Q，可用扩散电容C d来模拟。C d也是一种非线性的分布电容。

综上可知，势垒电容和扩散电容是同时存在的。 PN结正偏时，扩散电容远大于势垒电容；PN结反偏时，扩散电容远小于势垒电容。势垒电容和扩散电容的大小都与PN结面积成正比。与普通电容相比，PN结电容是非线性的分布电容，而普通电容为线性电容。

习题2

客观检测题

一、填空题

1、半导体二极管当正偏时，势垒区变窄，扩散电流大于漂移电流。

2、在常温下，硅二极管的门限电压约 V，导通后在较大电流下的正向压降约 V；锗二极管的门限电压约 V，导通后在较大电流下的正向压降约 V。

3、在常温下，发光二极管的正向导通电压约 ~2V ，高于硅二极管的门限电压；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 5~10 mA。

4、利用硅PN结在某种掺杂条件下反向击穿特性陡直的特点而制成的二极管，称为普通（稳