习题解答 第1章 1.1 简述半导体的导电特性。 答:半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体一般呈晶体结构,其原子核对价电子的束缚较弱,当半导体受 到外界光和热的刺激时,它便释放价电子,从而使导电能力发生变化。例如纯净的锗从 20℃升高到 30℃时,它的电阻率几 乎减小为原来的 1/2。又如一种硫化镉薄膜,在暗处其电阻为几十兆欧姆,受光照后,电阻可以下降到几十千欧姆,只有原 来的百分之一。利用这些敏感性可制成各种光敏元件和热敏元件。若在纯净的半导体中加入微量的杂质,则半导体的导电能 力会有更显著的增加,例如在半导体硅中,只要掺入亿分之一的硼,电阻率就会下降到原来的几万分之一,这是半导体最显 著的导电特征。利用这个特性,可制造出各种半导体器件。 1.2 简述 PN 结是如何形成的。 答:当 P 型和 N 型半导体结合在一起时, 由于交界面两侧多数载流子浓度的差别,N 区的多数载流子电子向 P 区扩散, P 区的多数载流子空穴也要向 N 区扩散,于是电子与空穴复合,在交界面附近 P 区一侧因复合失去空穴而形成负离子区,N 区一侧也因复合失去电子而形成正离子区。这些不能移动的带电离子形成了空间电荷区,称为 PN 结。 PN 结内存在一个由 N 区指向 P 区的内电场。内电场的形成将阻止多数载流子的继续扩散,另一方面又会促进少数载 流子的漂移,即 N 区的少数载流子空穴向 P 区移动,P 区的少数载流子电子向 N 区移动。因此,在交界面两侧存在两种对 立的运动,漂移运动欲使 PN 结变窄,扩散运动运动欲使 PN 结变宽。当扩散运动产生的扩散电流和漂移运动产生的漂移电 流大小相等,两种运动达到动态平衡时,PN 结宽度不再变化,即 PN 结维持一定的宽度。由于内电场的存在,使载流子几 乎不能在 PN 结内部停留,所以,PN 结也称为耗尽层。 1.3 二极管的特性曲线有哪几个区域?二极管的单向导电能力是指特性曲线上的哪个区域的性质?二极管的稳压能力 又是指特性曲线上的哪个区域性质? 答:二极管的特性曲线有正向特性、方向特性和反向击穿特性三个区域。二极管的单向导电能力是指特性曲线上的正向 特性的性质。二极管的稳压能力是指特性曲线上的反向击穿特性的性质? 1.4 举例说明发光二极管和光敏二极管的应用。它们各应工作在何种偏置状态下? 答:发光二极管和光敏二极管都属于光电子器件,光电子器件在电子系统中应用十分广泛,具有抗干扰能力强、功耗小 等优点。 1.发光二极管 发光二极管是可以将电能直接转换成光能的半导体器件。 在外加正向电压时, 内电场削减, 电子与空穴在复合的过程中, 以光的形式向外释放能量。它包括可见光、不可见光(一般指红外光)发光二极管。单色发光二极管只有一个 PN 结,常见 的发光颜色有红、橙、黄、绿等色。双色发光二极管是两只 LED 反极性并联后封装在一起。若单独驱动只发出单色光,同 时驱动发出复色光。 当前白色的发光二极管的应用使发光二极管从标识功能向照明功能迈出实质性的一步。 由发光二极管构 成的点阵结构广泛用于交通信号灯、广告牌及大型电子显示屏等电子设备。 2.光敏二极管 光敏二极管也叫光电二极管,其结构和一般二极管相似,也具有单向导电性,一般工作在反向偏置状态。利用光敏二极 管制成光电传感器,可以把光信号转变为电信号,以便控制其他电子器件。