第1卷 半导体的基本特性 江苏省（单独招生）《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 单元过关卷

江苏省（单独招生）机电类 《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 半导体的基本特性 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 半导体材料的导电能力通常介于导体和绝缘体之间，并且容易受温度、光照等外界条件影响。（ ） 2. 在外电场作用下，半导体中同时出现电子电流和空穴电流。（ ） 3. N型半导体中主要参与导电的是带负电的自由电子，所以N型半导体带负电。（ ） 4. 在纯净半导体中掺入微量合适杂质，可以明显改变半导体的导电性能。（ ） 5. 本征半导体内部没有空穴和自由电子。（ ） 6. N型半导体中的多数载流子是电子，电子带负电，因此N型半导体带负电。（ ） 7. 因为P型半导体多数载流子是带正电的空穴，所以P型半导体呈正电性。（ ） 8. 少数载流子是自由电子的半导体称为P型半导体。（ ） 9. PN结的单向导电特性是由于P区和N区的载流子浓度差异造成的。（ ） 10. PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 半导体中传导电流的载流子是（ ） A. 电子 B. 空穴 C. 电子和空穴 D. 正电荷 12. 半导体中的电子数大于空穴数，这样的半导体称为（ ） A. P型半导体 B. N型半导体 C. 本征半导体 D. 纯净半导体 13. 在P型半导体中，下列说法正确的是（ ） A. 只有自由电子一种载流子 B. 多数载流子是自由电子少数载流子是空穴 C. 只有空穴一种载流子 D. 多数载流子是空穴少数载流子是自由电子 14. P型半导体是在本征半导体中加入微量的______元素构成的。 （ ） A. 六价 B. 四价 C. 五价 D. 三价 15. 某一集成电路的引脚如图所示，则1脚是（ ） A. a B. b C. c D. d 16. P型半导体中的少数载流子是（ ） A. 空穴 B. 自由电子 C. 电子和空 D. 带正电的电子 17. （单选）N型半导体中的多数载流子是（ ） A. 自由电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 18. PN结中，哪一侧是正电荷区（ ） A. P区 B. N区 C. 无法确定 D. 两侧都是 19. 下列______会使PN结的内电场强度减弱。（ ） A. 外加正向电压 B. 外加反向电压 C. 温度显著升高 D. 减小半导体掺杂浓度 20. PN 结加正向电压时，空间电荷区会（ ）​ A. 变宽​ B. 变窄​ C. 宽度不变​ D. 消失​​ 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 在导体中导电的是______，在半导体中导电的不仅有______，而且有______，这是半导体区别于导体导电的重要特征。 22. 最常见的半导体材料是______和______，若测得一只二极管导通时的电压为0.7V，则说明该二极管是______材料制成的；若测得一只二极管导通时的电压为0.3V，则说明该二极管是______材料制成的。 23. 本征半导体中，自由电子和空穴统称为______。​ 24. 半导体中的电流是______与______的代数和，杂质型半导体中多数载流子是由______运动产生的，少数载流子是由______运动产生的。 25. N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的______价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为 ______。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述半导体材料常见的三个基本特性。 27. 比较本征半导体和杂质半导体的主要区别。 28. PN结的内电场方向是怎样的？它有哪些作用？ 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某本征硅材料在 300 K 时，本征载流子浓度 ，电子迁移率 ，空穴迁移率 ，电子电荷量 。已知导电率公式为 ，本征半导体中 。 30. 某硅片在 300 K 时掺入施主杂质，施主浓度 ，设杂质全部电离，且 。近似认为多数载流子浓度 ，并满足 。 31. 某硅 PN 结在 300 K 时，P 区受主浓度 ，N 区施主浓度 ，本征载流子浓度 ，热电压 。已知内建电势公式为 。若耗尽层总宽度为 ，且满足 。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 在机电设备直流控制板调试中，维修技师在 24 V 指示支路中串联一只硅 PN 结二极管和一只限流电阻，用于防止电源接反。已知硅二极管正向导通压降按 0.7 V 计算，反向漏电流忽略不计；限流电阻阻值为 1.2 kΩ、额定功率为 0.25 W；该二极管允许的最大正向电流为 20 mA。（1）电源正接、二极管正向导通时，计算支路电流和限流电阻实际消耗功率。（2）根据（1）的计算结果，判断该支路是否同时满足二极管电流要求和电阻功率要求。（3）若保持 24 V 电源和硅二极管不变，为保证原 0.25 W 电阻不过载，应将限流电阻阻值至少增大到多少？并说明实际维修中应如何改进。 33. 在自动化分拣设备维护中，技术员检查一只硅光敏二极管接收电路。该二极管采用反向偏置工作，电源电压为 12 V，串联取样电阻为 47 kΩ；无光照时反向暗电流为 2 μA，有光照时总反向电流为 180 μA。控制器规定取样电阻两端电压达到 5 V 及以上时判定为“有料”。已知硅二极管正向导通压降约为 0.7 V，锗二极管正向导通压降约为 0.3 V。（1）计算有光照时取样电阻两端电压，并判断该电压是否超过控制器可承受的 10 V 输入上限。（2）根据计算结果，判断控制器能否可靠判定为“有料”，并说明无光照时是否会误判。（3）若现场发现环境温度升高后无光照取样电压明显增大，结合半导体基本特性分析原因，并提出一项改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 江苏省（单独招生）机电类 《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 半导体的基本特性 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 半导体材料的导电能力通常介于导体和绝缘体之间，并且容易受温度、光照等外界条件影响。（ ） 【答案】正确 【解析】半导体的导电性能既不同于良导体，也不同于绝缘体。温度、光照和杂质等因素都会明显影响半导体的导电能力。 2. 在外电场作用下，半导体中同时出现电子电流和空穴电流。（ ） 【答案】正确 【解析】电场使得电子和空穴获得能量，加速了它们的定向运动，减少了它们在材料内部复合的机会。而且，外电场还可以从半导体的其他区域或者接触的电极处吸引更多的载流子进入电场作用区域，从而增强了电子电流和空穴电流。 3. N型半导体中主要参与导电的是带负电的自由电子，所以N型半导体带负电。（ ） 【答案】错误 【解析】N、P型半导体对外都呈电中性。 4. 在纯净半导体中掺入微量合适杂质，可以明显改变半导体的导电性能。（ ） 【答案】正确 【解析】半导体对杂质非常敏感，少量掺杂就能使载流子数量发生明显变化。利用这一特性可以制成 N 型半导体或 P 型半导体。 5. 本征半导体内部没有空穴和自由电子。（ ） 【答案】错误 【解析】本征半导体在热激发下会产生等量自由电子和空穴，并非没有载流子，故判断错误。 6. N型半导体中的多数载流子是电子，电子带负电，因此N型半导体带负电。（ ） 【答案】错误 【解析】N型半导体虽以电子为多数载流子，但整体中正、负电荷相等，呈电中性，故不带负电。 7. 因为P型半导体多数载流子是带正电的空穴，所以P型半导体呈正电性。（ ） 【答案】错误 【解析】P型半导体中空穴为多数载流子，但受主杂质电离后带负电，整体正负电荷平衡，仍呈电中性，因此说其呈正电性是错误的。 8. 少数载流子是自由电子的半导体称为P型半导体。（ ） 【答案】正确 【解析】P型半导体掺入了三价元素，所以空穴较多，即多子是空穴，少子是自由电子。 9. PN结的单向导电特性是由于P区和N区的载流子浓度差异造成的。（ ） 【答案】正确 【解析】P区与N区载流子浓度差使载流子扩散，形成内电场和势垒，导致正向易导通、反向截止，故正确。 10. PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） 【答案】正确 【解析】无光照、无外加电压时PN结处于热平衡，扩散电流与漂移电流大小相等、方向相反，故结电流为零。 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 半导体中传导电流的载流子是（ ） A. 电子 B. 空穴 C. 电子和空穴 D. 正电荷 【答案】C 【解析】半导体材料通常由两种不同类型的输运载流子组成：电子和空穴。 12. 半导体中的电子数大于空穴数，这样的半导体称为（ ） A. P型半导体 B. N型半导体 C. 本征半导体 D. 纯净半导体 【答案】B 【解析】半导体中的电子数大于空穴数，为N型半导体，B选项正确。 13. 在P型半导体中，下列说法正确的是（ ） A. 只有自由电子一种载流子 B. 多数载流子是自由电子少数载流子是空穴 C. 只有空穴一种载流子 D. 多数载流子是空穴少数载流子是自由电子 【答案】D 【解析】P型半导体由受主杂质形成空穴导电，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，故选D。 14. P型半导体是在本征半导体中加入微量的______元素构成的。 （ ） A. 六价 B. 四价 C. 五价 D. 三价 【答案】D 【解析】P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体，是在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代硅晶体中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。 15. 某一集成电路的引脚如图所示，则1脚是（ ） A. a B. b C. c D. d 【答案】C 16. P型半导体中的少数载流子是（ ） A. 空穴 B. 自由电子 C. 电子和空 D. 带正电的电子 【答案】B 【解析】P型半导体以空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，因此答案为B。 17. （单选）N型半导体中的多数载流子是（ ） A. 自由电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 【答案】A 【解析】N型半导体掺入施主杂质，提供大量自由电子，因此多数载流子为自由电子，选A。 18. PN结中，哪一侧是正电荷区（ ） A. P区 B. N区 C. 无法确定 D. 两侧都是 【答案】A 【解析】在PN结中，P型半导体区域由于空穴浓度高，呈现出正电性，而N型半导体区域由于电子浓度高，呈现出负电性。因此，正电荷区是P区。 19. 下列______会使PN结的内电场强度减弱。（ ） A. 外加正向电压 B. 外加反向电压 C. 温度显著升高 D. 减小半导体掺杂浓度 【答案】A 【解析】外加正向电压产生的电场方向与PN结内电场相反，使势垒降低、内电场减弱，故选A。 20. PN 结加正向电压时，空间电荷区会（ ）​ A. 变宽​ B. 变窄​ C. 宽度不变​ D. 消失​​ 【答案】B 【解析】PN结加正向电压时，外电场削弱内建电场，势垒降低，空间电荷区宽度变窄，故选B。 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 在导体中导电的是______，在半导体中导电的不仅有______，而且有______，这是半导体区别于导体导电的重要特征。 【答案】① 自由电子 ② 自由电子 ③ 空穴 【解析】在导体中导电的是自由电子，在半导体中导电的不仅有自由电子，而且有空穴，这是半导体区别于导体导电的重要特征。 22. 最常见的半导体材料是______和______，若测得一只二极管导通时的电压为0.7V，则说明该二极管是______材料制成的；若测得一只二极管导通时的电压为0.3V，则说明该二极管是______材料制成的。 【答案】① 硅 ② 锗 ③ 硅 ④ 锗 【解析】常见半导体材料为硅和锗；硅管导通压降约0.7V，锗管约0.3V，故依次填硅、锗、硅、锗。 23. 本征半导体中，自由电子和空穴统称为______。​ 【答案】载流子​ 【解析】本征半导体中，自由电子和空穴都能参与导电，统称为载流子。 24. 半导体中的电流是______与______的代数和，杂质型半导体中多数载流子是由______运动产生的，少数载流子是由______运动产生的。 【答案】① 扩散电流 ② 漂移电流 ③ 掺杂 ④ 本征激发 【解析】半导体电流由载流子浓度差引起的扩散电流和电场引起的漂移电流代数相加；杂质半导体中多数载流子源于掺杂，少数载流子源于本征激发。 25. N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的______价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为 ______。 【答案】① 五 ② 自由电子 【解析】五价杂质原子多出一个价电子，易成为自由电子，使半导体以电子导电为主，故N型半导体掺五价元素，多数载流子为自由电子。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述半导体材料常见的三个基本特性。 【答案】（1）导电能力介于导体和绝缘体之间。 （2）温度升高时，半导体的导电能力通常增强。 （3）光照或掺入微量杂质会明显改变半导体的导电性能。 【解析】本题考查半导体的基本特性。半导体的重要特点是导电性能可控，温度、光照和杂质都是影响其导电能力的常见因素。 27. 比较本征半导体和杂质半导体的主要区别。 【答案】（1）本征半导体是纯净的半导体，电子和空穴数量基本相等，导电能力较弱。 （2）杂质半导体是在本征半导体中掺入微量杂质形成的，导电能力明显增强。 （3）杂质半导体按多数载流子不同，可分为 N 型半导体和 P 型半导体。 【解析】本征半导体强调材料纯净和载流子成对产生，杂质半导体强调掺杂后多数载流子增加。区分二者时应抓住是否掺杂、导电能力和多数载流子类型三个方面。 28. PN结的内电场方向是怎样的？它有哪些作用？ 【答案】内电场方向为从N区指向P区（由正电荷指向负电荷）。 主要作用： （1）阻碍作用：阻止P区空穴、N区自由电子（多数载流子）继续扩散； （2）推动作用：推动P区少数载流子（自由电子）向N区漂移，推动N区少数载流子（空穴）向P区漂移。 【解析】PN结形成后，空间电荷区中N区留下正离子、P区留下负离子，故内电场由正指向负，即从N区指向P区。该电场阻碍多数载流子继续扩散，同时推动少数载流子作漂移运动。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某本征硅材料在 300 K 时，本征载流子浓度 ，电子迁移率 ，空穴迁移率 ，电子电荷量 。已知导电率公式为 ，本征半导体中 。 【答案】（1）该本征硅的导电率为 。 （2）该本征硅的电阻率约为 。 【解析】（1）代入 ，得 。 （2）电阻率为导电率的倒数，代入 ，可得约 。 30. 某硅片在 300 K 时掺入施主杂质，施主浓度 ，设杂质全部电离，且 。近似认为多数载流子浓度 ，并满足 。 【答案】（1）该硅片属于 N 型半导体。 （2）少数载流子浓度 。 【解析】（1）施主杂质电离后提供自由电子，使电子成为多数载流子，所以形成 N 型半导体。 （2）由 ，得 。 31. 某硅 PN 结在 300 K 时，P 区受主浓度 ，N 区施主浓度 ，本征载流子浓度 ，热电压 。已知内建电势公式为 。若耗尽层总宽度为 ，且满足 。 【答案】（1）内建电势约为 。 （2）P 区耗尽层宽度 ，N 区耗尽层宽度 。 【解析】（1）代入 ，得约 。 （2）由 得 ，再由 求得两侧宽度。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 在机电设备直流控制板调试中，维修技师在 24 V 指示支路中串联一只硅 PN 结二极管和一只限流电阻，用于防止电源接反。已知硅二极管正向导通压降按 0.7 V 计算，反向漏电流忽略不计；限流电阻阻值为 1.2 kΩ、额定功率为 0.25 W；该二极管允许的最大正向电流为 20 mA。（1）电源正接、二极管正向导通时，计算支路电流和限流电阻实际消耗功率。（2）根据（1）的计算结果，判断该支路是否同时满足二极管电流要求和电阻功率要求。（3）若保持 24 V 电源和硅二极管不变，为保证原 0.25 W 电阻不过载，应将限流电阻阻值至少增大到多少？并说明实际维修中应如何改进。 【答案】（1）支路电流公式为 。代入得 。限流电阻功率公式为 。代入得 。支路电流约为 19.4 mA，限流电阻实际消耗功率约为 0.45 W。（2）二极管正向电流 19.4 mA 小于允许的最大正向电流 20 mA，二极管电流基本满足要求；限流电阻实际功率 0.45 W 大于额定功率 0.25 W，电阻功率不满足要求，长期工作可能过热损坏。（3）为使电阻功率不超过 0.25 W，应满足 。代入得 。限流电阻至少应取 2.17 kΩ。实际维修中可选用不小于 2.2 kΩ 的标准电阻，并适当提高电阻额定功率，检查二极管极性，保证其正接时正向导通、反接时截止。 【解析】（1）硅 PN 结二极管正向导通时，可近似认为其两端压降为 0.7 V，电阻两端电压为电源电压减去二极管压降，再用欧姆定律求电流，并用 求电阻功率。（2）半导体二极管具有单向导电性，正接时允许电流通过，但器件是否安全还要同时比较二极管电流和电阻功率，不能只看电路能否导通。（3）电阻功率与其两端电压和阻值有关，在电源电压与二极管压降不变时，增大限流电阻可降低电阻功率和支路电流；实际选型应取高于计算最小值的标准阻值，并留有一定功率余量。 33. 在自动化分拣设备维护中，技术员检查一只硅光敏二极管接收电路。该二极管采用反向偏置工作，电源电压为 12 V，串联取样电阻为 47 kΩ；无光照时反向暗电流为 2 μA，有光照时总反向电流为 180 μA。控制器规定取样电阻两端电压达到 5 V 及以上时判定为“有料”。已知硅二极管正向导通压降约为 0.7 V，锗二极管正向导通压降约为 0.3 V。（1）计算有光照时取样电阻两端电压，并判断该电压是否超过控制器可承受的 10 V 输入上限。（2）根据计算结果，判断控制器能否可靠判定为“有料”，并说明无光照时是否会误判。（3）若现场发现环境温度升高后无光照取样电压明显增大，结合半导体基本特性分析原因，并提出一项改进措施。 【答案】（1）有光照时取样电阻两端电压公式为 。代入得 。8.46 V 小于 10 V，未超过控制器输入上限。（2）有光照时 大于 5 V，控制器能判定为“有料”。无光照时 ，小于 5 V，不会误判为“有料”。（3）温度升高会增强半导体的本征激发，使少数载流子数量增加，光敏二极管的反向暗电流增大，取样电压随之升高。可采取遮光和散热处理、提高判定阈值并留出裕量，或在规定温度范围内重新校准检测电路。 【解析】（1）光敏二极管反向偏置时，光照会使反向电流明显增大，取样电阻上的电压按欧姆定律计算。计算过程应先统一单位，再进行电流与电阻相乘，并与输入上限比较。（2）控制器判定依据是取样电压是否达到 5 V，有光照电压达到阈值，无光照暗电流产生的电压远低于阈值，因此正常情况下不会误判。（3）半导体导电能力受温度影响明显，温度升高时少数载流子增多，反向漏电流或暗电流会增大。工程上应通过温度控制、阈值裕量或重新校准来降低环境温度对检测结果的影响。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $