第1卷 半导体二极管基础——半导体特性与PN结 湖南省（对口招生）《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）电工电子类 《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 半导体二极管基础——半导体特性与PN结 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 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. 本征半导体 C. N型半导体 D. 纯净半导体 【答案】C 【解析】半导体中的电子数大于空穴数，为N型半导体，C选项正确。 2. 当晶体管的PN结导通后，则导电的是（ ） A. 多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子，又有少数载流子 D. 载流子均停止运动 【答案】C 【解析】PN结正向导通时，多数载流子在外加电场作用下越过势垒并进行扩散，同时少数载流子也参与漂移运动。因此，PN结中的导电载流子既有多数载流子，也有少数载流子，答案为C。 3. 下列材料中，属于常用半导体材料的是（ ） A. 铜材料 B. 铝材料 C. 硅材料 D. 铁材料 【答案】C 【解析】硅是电子技术中应用最广泛的半导体材料之一，其导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会受到温度、光照和杂质等因素影响。铜、铝和铁均属于导体。 4. 杂质半导体的导电特性主要由_____决定（ ） A. 温度 B. 杂质浓度 C. 光照 D. 材料的几何尺寸 【答案】B 【解析】杂质半导体的导电特性主要取决于掺入杂质的浓度，所以选择B选项。 5. 当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量会（ ） A. 同时增加 B. 同时减少 C. 增减难以确定 D. 不变 【答案】A 【解析】温度升高时，半导体获得的热能增加，更多价电子挣脱共价键成为自由电子，同时在原位置产生数量相等的空穴。因此，本征半导体中的自由电子和空穴数量会同时增加，答案为A。 6. 哪种电子元器件的阻值会随着光照强度变化（ ） A. 热敏电阻 B. 压敏电阻 C. 光敏电阻 D. 湿敏电阻 【答案】C 【解析】光敏电阻的阻值会随着光照强度的变化而变化。热敏电阻的阻值随温度变化；压敏电阻的阻值随电压变化；湿敏电阻的阻值随湿度变化。所以选择 C 选项。 7. 半导体器件2CZ52B是______二极管。（ ） A. 锗材料 B. 硅材料 C. 砷化镓材料 D. 无法判断材料 【答案】B 【解析】国产半导体器件型号中，数字2表示二极管，第二位字母C表示器件材料为硅，第三位字母Z表示整流二极管。因此，2CZ52B是硅整流二极管，不能由该型号判断其为P型或N型，答案为B。 8. 半导体的导电特性在实际应用中比较广泛，比如航标灯的自动控制是根据半导体的______特性制成的。（ ） A. 热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性 D. 单向导电性 【答案】B 【解析】航标灯的自动控制通常利用光敏器件对光照强度变化的响应来实现。当环境光照发生变化时，光敏半导体的电导率或电流会随之变化，从而实现自动控制，因此利用的是半导体的光敏性，答案为B。 9. 在本征半导体中，自由电子浓度（ ）空穴浓度。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 D. 不能确定 【答案】C 【解析】本征半导体是一种纯净的半导体材料。在晶体结构中，本征半导体中几乎不掺杂其他元素或化学物质。 10. 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 11. 在纯净的半导体中加入______价的______可以得到N型半导体。（ ） A. 3，硼 B. 5，硼 C. 3，磷 D. 5，磷 【答案】D 【解析】N型半导体是在硅或锗的本征半导体中加入5价磷或砷得到的。 12. 常用于制作半导体的材料是（ ） A. 硅、硼 B. 锗、铟 C. 硼、磷 D. 硅、锗 【答案】D 【解析】硅和锗都是常用的半导体材料，属于元素半导体，广泛用于制造二极管、晶体管和集成电路等器件。因此答案为D。 13. P型半导体中的少数载流子是（ ） A. 空穴 B. 自由电子 C. 电子、空穴 D. 带正电的电子 【答案】B 【解析】P型半导体中掺入三价杂质，空穴数量显著增加，空穴是多数载流子；热激发产生的自由电子数量较少，是少数载流子。因此答案为B。 14. N型半导体是在本征半导体中加入微量的______元素构成的。（ ） A. 三价 B. 四价 C. 五价 D. 六价 【答案】C 【解析】在本征半导体中掺入五价杂质时，杂质原子提供容易成为自由电子的价电子，形成N型半导体。因此N型半导体由掺入微量五价元素构成，答案为C。 15. 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型半导体中，三价杂质使空穴浓度大于自由电子浓度，因此空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，答案为D。 16. PN 结的反向电流（ ） A. 随反向电压增大而增大 B. 随反向电压增大而减小 C. 基本不变 D. 先增大后减小 【答案】C 【解析】PN 结的反向电流在一定范围内基本不变。所以选择 C 选项。 17. PN结加正向电压时，其电阻（ ） A. 大 B. 小 C. 不变 D. 无穷大 【答案】B 【解析】PN结加正向电压时，处于导通状态，电阻小。选择B选项。 18. PN结的反向饱和电流与______有关。（ ） A. 温度 B. 电压 C. 电流 D. 材料类型 【答案】A 【解析】PN结的反向饱和电流主要由少数载流子形成。温度升高时，本征载流子浓度增加，少数载流子数量增多，反向饱和电流随之明显增大。因此答案为A。 19. 在PN结外加正向电压时，扩散电流______漂移电流，当PN结外加反向电压时，扩散电流______漂移电流。 （ ） A. 小于，大于 B. 大于，小于 C. 大于，大于 D. 小于，小于 【答案】B 【解析】PN结加正向电压时，势垒降低，扩散运动增强，扩散电流大于漂移电流；加反向电压时，势垒升高，扩散运动受到抑制，漂移电流占主要地位，扩散电流小于漂移电流。因此答案为B。 20. PN结形成的过程中，多数载流子的运动是（ ） A. 扩散 B. 漂移 C. 随机 D. 载流子均停止运动 【答案】A 【解析】在PN结形成过程中，多数载流子的运动是扩散。所以选择A选项。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 在纯净半导体中掺入适量五价杂质后，自由电子数量增多，形成以电子导电为主的N型半导体。（ ） 【答案】正确 【解析】五价杂质原子有五个价电子，掺入硅或锗后可提供一个自由电子，因此自由电子成为多数载流子，形成N型半导体。 22. 光照越强，温度越高，半导体的导电能力越强，说明半导体有光敏性和热敏性其实质是一样的。（ ） 【答案】错误 【解析】光敏性表现为对光照的敏感，热敏性表现为对温度的敏感。 23. 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。 24. 本征半导体的导电性能强于杂质半导体。（ ） 【答案】错误 【解析】本征半导体中载流子浓度较低，导电性能通常低于掺杂形成的杂质半导体。因此题干说法错误，答案为“错误”。 25. 在半导体内部，型半导体只有电子是载流子。（ ） 【答案】错误 【解析】N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，二者都能参与导电。因此N型半导体不只是电子一种载流子，题干说法错误，答案为“错误”。 26. 目前大部分遥控装置是应用半导体的热敏性来实现控制的。（ ） 【答案】错误 【解析】遥控装置通常利用光敏半导体器件接收红外光信号，将光信号转换为电信号来实现控制，利用的是半导体的光敏性，而不是热敏性。因此题干说法错误，答案为“错误”。 27. 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。 28. PN结形成后，P区与N区交界处会产生内电场，内电场的方向由N区指向P区。（ ） 【答案】正确 【解析】PN结形成时，N区的多数载流子电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散，交界处形成带正电的施主离子和带负电的受主离子，从而建立由N区指向P区的内电场。 29. 本征半导体内部没有空穴和自由电子。（ ） 【答案】错误 【解析】本征半导体在一定温度下会发生本征激发，部分价电子获得能量成为自由电子，同时产生数量相等的空穴。因此本征半导体内部既有自由电子，也有空穴，题干说法错误，答案为“错误”。 30. 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型半导体中电子是多数载流子，但施主杂质电离后形成带正电的施主离子，材料整体仍保持电中性。载流子带负电不等于半导体整体带负电，因此题干说法错误，答案为“错误”。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述本征半导体与杂质半导体的主要区别，并说明N型半导体和P型半导体的多数载流子分别是什么。 【答案】（1）本征半导体是纯净的半导体材料，电子和空穴数量相等，导电能力较弱且受温度影响明显。 （2）杂质半导体是在本征半导体中掺入适量特定杂质形成的半导体，载流子数量和导电能力可通过掺杂进行控制。 （3）N型半导体以自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 （4）P型半导体以空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。 【解析】本题考查半导体的分类及载流子特点。回答时应先比较材料纯度和载流子数量，再分别说明两类杂质半导体的多数载流子与少数载流子，不能把N型、P型名称误认为表示带电性质。 32. 说明PN结空间电荷区的形成过程，并比较PN结在正向偏置和反向偏置时空间电荷区及电流的变化。 【答案】（1）P型半导体和N型半导体接触后，P区空穴向N区扩散，N区自由电子向P区扩散。 （2）扩散后，交界处留下不能移动的带电离子，形成空间电荷区和由N区指向P区的内电场，内电场阻碍多数载流子继续扩散。 （3）PN结正向偏置时，外电场方向与内电场方向相反，空间电荷区变窄，势垒降低，扩散运动增强，正向电流明显增大。 （4）PN结反向偏置时，外电场方向与内电场方向相同，空间电荷区变宽，势垒升高，多数载流子扩散受到抑制，反向电流很小。 【解析】PN结的基本特性由载流子扩散和内电场共同决定。正向偏置削弱内电场，有利于多数载流子通过；反向偏置增强内电场，主要只有少数载流子形成很小的反向电流。 33. 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结形成初期，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向N区扩散。扩散后，N区靠近结面的区域留下带正电的施主离子，P区靠近结面的区域留下带负电的受主离子，形成空间电荷区。由于内电场方向由正电荷指向负电荷，所以内电场由N区指向P区。该电场阻碍多数载流子的继续扩散，同时推动少数载流子进行漂移：P区的少数载流子电子向N区漂移，N区的少数载流子空穴向P区漂移。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某半导体器件厂检测两片在 300 K 条件下工作的硅材料。A 片为本征硅，B 片为掺磷的 N 型硅。已知电子电荷量 ，本征载流子浓度 ，电子迁移率 ，空穴迁移率 。B 片施主浓度为 ，假设施主全部电离，且忽略少数载流子对电导率的影响。（1）分别计算 A 片和 B 片的电导率及电阻率，并计算 B 片电导率约为 A 片的多少倍。（2）将 B 片与掺硼形成的 P 型硅片紧密接触形成 PN 结，说明 PN 结形成初期载流子的运动方向、空间电荷区的形成及内电场方向。（3）在 PN 结两端施加正向电压，即 P 区接电源正极、N 区接电源负极，判断势垒高度和空间电荷区宽度如何变化，并说明其对二极管电流的影响。 【答案】（1）本征硅电导率公式为 。代入得 ，电阻率 。N 型硅电导率公式为 ，代入得 ，电阻率 。B 片电导率约为 A 片的 倍。（2）N 区电子向 P 区扩散，P 区空穴向 N 区扩散；扩散后 N 区留下带正电的施主离子，P 区留下带负电的受主离子，形成空间电荷区。内电场方向由 N 区指向 P 区。（3）正向电压使势垒高度降低，空间电荷区变窄，载流子较易通过 PN 结，二极管的正向电流明显增大。 【解析】（1）本征硅中电子和空穴均参与导电，N 型硅主要由多数载流子电子导电，先求电导率，再取其倒数得到电阻率，并进行比值比较。（2）载流子扩散造成两侧固定离子带电，固定离子产生由 N 区指向 P 区的内电场。（3）正向电场削弱内电场，降低扩散阻碍，因此正向电流增大。 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 $ 湖南省（对口招生）电工电子类 《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 半导体二极管基础——半导体特性与PN结 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 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. 本征半导体 C. N型半导体 D. 纯净半导体 2. 当晶体管的PN结导通后，则导电的是（ ） A. 多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子，又有少数载流子 D. 载流子均停止运动 3. 下列材料中，属于常用半导体材料的是（ ） A. 铜材料 B. 铝材料 C. 硅材料 D. 铁材料 4. 杂质半导体的导电特性主要由_____决定（ ） A. 温度 B. 杂质浓度 C. 光照 D. 材料的几何尺寸 5. 当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量会（ ） A. 同时增加 B. 同时减少 C. 增减难以确定 D. 不变 6. 哪种电子元器件的阻值会随着光照强度变化（ ） A. 热敏电阻 B. 压敏电阻 C. 光敏电阻 D. 湿敏电阻 7. 半导体器件2CZ52B是______二极管。（ ） A. 锗材料 B. 硅材料 C. 砷化镓材料 D. 无法判断材料 8. 半导体的导电特性在实际应用中比较广泛，比如航标灯的自动控制是根据半导体的______特性制成的。（ ） A. 热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性 D. 单向导电性 9. 在本征半导体中，自由电子浓度（ ）空穴浓度。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 D. 不能确定 10. 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 11. 在纯净的半导体中加入______价的______可以得到N型半导体。（ ） A. 3，硼 B. 5，硼 C. 3，磷 D. 5，磷 12. 常用于制作半导体的材料是（ ） A. 硅、硼 B. 锗、铟 C. 硼、磷 D. 硅、锗 13. P型半导体中的少数载流子是（ ） A. 空穴 B. 自由电子 C. 电子、空穴 D. 带正电的电子 14. N型半导体是在本征半导体中加入微量的______元素构成的。（ ） A. 三价 B. 四价 C. 五价 D. 六价 15. 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 16. PN 结的反向电流（ ） A. 随反向电压增大而增大 B. 随反向电压增大而减小 C. 基本不变 D. 先增大后减小 17. PN结加正向电压时，其电阻（ ） A. 大 B. 小 C. 不变 D. 无穷大 18. PN结的反向饱和电流与______有关。（ ） A. 温度 B. 电压 C. 电流 D. 材料类型 19. 在PN结外加正向电压时，扩散电流______漂移电流，当PN结外加反向电压时，扩散电流______漂移电流。 （ ） A. 小于，大于 B. 大于，小于 C. 大于，大于 D. 小于，小于 20. PN结形成的过程中，多数载流子的运动是（ ） A. 扩散 B. 漂移 C. 随机 D. 载流子均停止运动 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 在纯净半导体中掺入适量五价杂质后，自由电子数量增多，形成以电子导电为主的N型半导体。（ ） 22. 光照越强，温度越高，半导体的导电能力越强，说明半导体有光敏性和热敏性其实质是一样的。（ ） 23. 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。（ ） 24. 本征半导体的导电性能强于杂质半导体。（ ） 25. 在半导体内部，型半导体只有电子是载流子。（ ） 26. 目前大部分遥控装置是应用半导体的热敏性来实现控制的。（ ） 27. 在外电场作用下，半导体中同时出现电子电流和空穴电流。（ ） 28. PN结形成后，P区与N区交界处会产生内电场，内电场的方向由N区指向P区。（ ） 29. 本征半导体内部没有空穴和自由电子。（ ） 30. 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。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述本征半导体与杂质半导体的主要区别，并说明N型半导体和P型半导体的多数载流子分别是什么。 32. 说明PN结空间电荷区的形成过程，并比较PN结在正向偏置和反向偏置时空间电荷区及电流的变化。 33. PN结的内电场方向是怎样的？它有哪些作用？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某半导体器件厂检测两片在 300 K 条件下工作的硅材料。A 片为本征硅，B 片为掺磷的 N 型硅。已知电子电荷量 ，本征载流子浓度 ，电子迁移率 ，空穴迁移率 。B 片施主浓度为 ，假设施主全部电离，且忽略少数载流子对电导率的影响。（1）分别计算 A 片和 B 片的电导率及电阻率，并计算 B 片电导率约为 A 片的多少倍。（2）将 B 片与掺硼形成的 P 型硅片紧密接触形成 PN 结，说明 PN 结形成初期载流子的运动方向、空间电荷区的形成及内电场方向。（3）在 PN 结两端施加正向电压，即 P 区接电源正极、N 区接电源负极，判断势垒高度和空间电荷区宽度如何变化，并说明其对二极管电流的影响。 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 $