第一章 半導體概論 - book.sir.com.twbook.sir.com.tw/prvpdf/010CM521111.pdf第一章...
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第一章 半導體概論 .............................. 1-11-1 共價鍵與價電子 1-31-2 能帶與固態材料的分類 1-41-3 半導體材料與分類 1-51-4 雜質半導體 1-51-5 半導體導電特性 1-91-6 半導體溫度特性 1-101-7 PN 接面 1-12歷屆試題─選擇題 1-15歷屆試題─計算題
‧型一:質量作用定律與電中性定律 1-18‧型二:電阻係數 1-18‧型三:障壁電壓與空乏區大小的計算 1-19
第二章 二極體 .................................. 2-12-1 PN 二極體 2-32-2 二極體電路解法 2-62-3 特殊二極體 2-11歷屆試題─選擇題 2-19歷屆試題─計算題
‧型一:理想二極體模型 2-24‧型二:定電壓模型 2-25
‧型三:片斷線性模型 2-25‧型四:指數模型 2-27‧型五:特殊題型 2-28‧型六:稽納題型一:只有 VZ 2-29‧型七:稽納題型二:IZ(max) 0,IZ(min) 0,rZ 0 2-30‧型八:稽納題型三:IZ(max) 0,IZ(min) 0,rZ 0 2-31‧型九:稽納題型四:IZ(max) 0,IZ(min) 0,rZ 0 2-32
‧型十:稽納題型五:特殊題型 2-33
第三章 二極體應用電路 .......................... 3-13-1 電源電路概論 3-33-2 整流器電路 3-53-3 濾波器電路 3-93-4 倍壓器電路 3-123-5 截波器電路 3-143-6 箝位器電路 3-23歷屆試題─選擇題 3-29歷屆試題─計算題
‧型一:平均值與有效值之計算 3-35‧型二:整流電路 3-35‧型三:濾波電路題型 3-39‧型四:倍壓電路題型 3-40‧型五:截波電路繪圖題型 3-41‧型六:箝位電路題型 3-49
第四章 雙極性電晶體 ............................ 4-14-1 基本概念 4-34-2 微觀物理結構 4-54-3 線性放大組態 4-84-4 直流偏壓電路 4-114-5 負載線與工作點 4-194-6 歐力效應(Early Effect) 4-214-7 補充:溫度補償 4-214-8 補充:速度補償 4-234-9 補充:電子電路實習 4-244-10 補充:二極體保護電路 4-26歷屆試題─選擇題 4-28歷屆試題─計算題
‧型一:簡答題型 4-39‧型二:基本計算題型 4-41‧型三:進階計算題型 4-44‧型四:工作區域判斷 4-50‧型五:特殊題型 4-57
第五章 場效應電晶體 ............................ 5-15-1 基本概念 5-3
5-2 JFET 5-55-3 增強型 MOSFET 5-85-4 空乏型 MOSFET 5-11
5-5 非理想特性 5-135-6 CMOS 結構與特性 5-135-7 FET 直流偏壓分析 5-14歷屆試題─選擇題 5-20歷屆試題─計算題
‧型一:簡答題型 5-33‧型二:基本計算題型 5-35‧型三:進階計算題型 5-37
第六章 小信號單級放大器 ........................ 6-16-1 雙埠網路 6-36-2 BJT 小訊號的模型及參數 6-86-3 FET 小訊號的模型及參數 6-19歷屆試題─選擇題 6-26歷屆試題─計算題
‧型一:雙埠網路 6-33‧型二:CE 組態 6-35‧型三:CC 組態 6-39‧型四:CB 組態 6-42‧型五:CS 組態 6-43‧型六:米勒定理 6-46‧型七:靴帶式電路 6-51‧型八:進階題型 6-54
第七章 多級放大與頻率響應 ...................... 7-17-1 分 貝 7-37-2 頻率響應概論 7-47-3 串級特性 7-57-4 耦合類型 7-77-5 電晶體複合組態 7-127-6 轉移函數與波德圖 7-267-7 頻率響應分析技巧 7-297-8 電晶體高頻小信號模型 7-30歷屆試題─選擇題 7-38歷屆試題─計算題
‧型一:串級直流偏壓 7-49‧型二:串級小信號放大 7-53‧型三:Cascode:CE+CB 7-58‧型四:Darlington:CC+CC 7-60‧型五:差動放大:CC+CB 7-61‧型六:MOS 串級放大 7-62‧型七:BiCMOS 7-65‧型八:頻率響應分析方法 7-66‧型九:BJT 頻率響應 7-71‧型十:FET 頻率響應 7-74‧型十一:串級頻率響應 7-80
第八章 電流鏡與差動放大器 ...................... 8-1
8-1 BJT 電流鏡 8-38-2 MOS 電流鏡 8-78-3 BJT 差動放大器 8-98-4 FET 差動放大器 8-15歷屆試題─選擇題 8-18歷屆試題─計算題
‧型一:BJT 電流鏡 8-23‧型二:FET 電流鏡 8-25‧型三:電流鏡+放大器 8-27‧型四:對稱型差動放大器 8-30‧型五:不對稱型差動放大器 8-33‧型六:主動負載型差動放大器 8-34‧型七:最佳工作範圍 8-36‧型八:頻率響應題型 8-41‧型九:非理想差動放大器 8-44
第九章 負回授 .................................. 9-19-1 基本觀念 9-39-2 回授放大器 9-69-3 補充:回授電路 9-99-4 補充:穩定度與偏壓補償 9-14歷屆試題─選擇題 9-17歷屆試題─計算題
‧型一:簡答題 9-21
‧型二:負回授觀念題 9-21‧型三:串並式回授 9-24‧型四:並串式回授 9-30‧型五:串串式回授 9-31‧型六:並並式回授 9-34‧型七:穩定度與補償 9-36
第十章 功率放大 ...............................10-110-1 基本觀念 10-310-2 各典型電路分析 10-510-3 放大器的失真 10-1410-4 散熱與功率 10-16歷屆試題─選擇題 10-18歷屆試題─計算題
‧型一:簡答題 10-23‧型二:A 類放大 10-25‧型三:B 類放大 10-31‧型四:AB 類放大 10-37‧型五:特殊電路 10-39‧型六:熱 阻 10-41
第十一章 運算放大器 ...........................11-111-1 理想 OPA 11-311-2 基本應用電路 11-3
11-3 數學運算電路 11-1011-4 信號取樣電路 11-2111-5 特殊應用電路 11-2711-6 非理想運算放大特性 11-30
11-7 A741 11-40歷屆試題─選擇題 11-42歷屆試題─計算題
‧型一:理想 OPA 11-55‧型二:非理想 OPA 11-68‧型三:類比積體電路 11-79
第十二章 濾波器 ...............................12-112-1 一階濾波器 12-312-2 二階濾波器 12-1012-3 特殊濾波器 12-14歷屆試題─選擇題 12-20歷屆試題─計算題
‧型一:被動式濾波器 12-27‧型二:一階濾波器 12-29‧型三:二階濾波器 12-32‧型四:調諧放大器 12-42
第十三章 信號產生器 ...........................13-113-1 概 論 13-3
13-2 低頻弦波振盪器 13-613-3 高頻弦波振盪器 13-1013-4 史密特觸發器 13-1313-5 非正弦波振盪器 13-1713-6 補充:555 電路 13-2113-7 補充:邏輯閘與波形產生器 13-23歷屆試題─選擇題 13-25歷屆試題─計算題
‧型一:基本原理 13-33‧型二:低頻弦波振盪器 13-35‧型三:高頻弦波振盪器 13-39‧型四:史密特觸發器 13-44‧型五:非弦波振盪器 13-48‧型六:單穩態電路 13-50‧型七:特殊型號 IC 13-52
第十四章 穩壓電路 .............................14-114-1 基本觀念 14-314-2 線性電壓調節器 14-414-3 交換式電壓調節器 14-9歷屆試題─選擇題 14-11歷屆試題─計算題
‧型一:串聯型線性電壓調整器 14-13‧型二:IC 型線性電壓調整器 14-14
‧型三:交換式電源電路 14-15
第十五章 數位邏輯電路 .........................15-115-1 組合邏輯 15-315-2 循序邏輯 15-1115-3 記憶體 15-1615-4 BJT 邏輯電路 15-2115-5 CMOS 邏輯電路 15-2415-6 電氣特性 15-28歷屆試題─選擇題 15-34歷屆試題─計算題
‧型一:邏輯閘 15-46‧型二:電晶體組合邏輯 15-47‧型三:參數計算 15-57
第十六章 最新試題 .............................16-1100 年普考試題 16-3100 年高考試題 16-7
第一章 半導體概論 1-3
1-1 共價鍵與價電子
電子的質量為多少公斤?
1.6 10 19 1.6 10 19
9.11 10 31 9.11 10 31
電子的帶電量為多少庫侖?
1.6 10 19 1.6 10 19
9.11 10 31 9.1 10 31
依據近代物理,每個電子軌道可劃分為 s、p、d、f 四個副軌,其
中 p 副層應具有多少電子數?
2 6 10 14
第 M 層軌道最多可容納幾個電子?
8 18 32 50:M 為第 3 層,能容納的電子數目為:2‧32 18
電子層中,若 n 有軌道數,則每一層能容納電子數目為:
n n2 2n 2n2
價電子學說中,下列何者錯誤?
價電子數小於 4 價,易吸收電子,為導體
價電子數等於 4 價,為半導體
價電子數大於 4 價,不易失去電子
價電子數等於八價的物質為良導體
某一元素其共有 66 個電子,則其價電子數為:
3 4 5 6:第一層:2‧12 2
第二層:2‧22 8第三層:2‧32 18
1-4 電子學攻略題庫Q&A
第四層:2‧42 32所為價電子數 66 32 18 8 2 6
一原子失去電子後,其游離後將變成:
不帶電 帶正電的離子
帶負電的離子 可能帶正電亦可能帶負電
電洞乃是半導體之一空位,其產生是由於:
電子由導電帶向價電帶移動所致
原子核移動所致
質子跳動所致
電子脫離共價鍵所致
下列關於價電子與自由電子的敘述,何者錯誤?
價電子位於原子核最外層軌道
價電子成為自由電子會釋放熱能
自由電子位於傳導帶
價電子脫離原來的軌道所留下之空缺,稱為電洞
1-2 能帶與固態材料的分類
用以決定某一物質是否為半導體的是那一種能帶的寬度?
價電帶 傳導帶 禁止帶 以上皆是
在金屬中其能隙為:
沒有禁帶,傳導帶與價電帶重疊
禁帶不大,能隙約 1eV禁帶很大,能隙約 10eV禁帶固定為 6eV
傳導帶和價電帶之間的能隙最小的是:
絕緣體 導體 半導體 以上皆可
傳導帶和價電帶之間的能隙最大的是:
絕緣體 導體 半導體 以上皆可
自由電子存在於物質的:
第一章 半導體概論 1-5
價電帶 禁止帶 傳導帶 能隙中
電洞是:
電子離開價電帶所留下的空位
傳導帶的空位
正電子
傳導帶的電子
1-3 半導體材料與分類
半導體材料矽、鍺為幾價元素?
2 價 3 價 4 價 5 價
今日大多數的半導體元件都是以何種材料為主?
鍺 矽 硼 銻
製成積體電路晶片(IC Chips)的材料是:
磷 矽 砷 鋁
下列敘述何者不正確?
Si 及 Ge 的原子序皆為 14 Si 的障壁電壓約為 0.7V Ge 的障壁電壓約為 0.3V Si 及 Ge 皆是 4 價元素
下列那一個元素非為半導體材料?
矽 鍺 砷化鎵 鋰
以 GaAs 為材料作之電晶體比 Si 材料作之電晶體,能在較高頻率使
用,主要是因為:
濃度較高 帶電量較大 移動率較快 以上皆非
1-4 雜質半導體
半導體之載子性質是:
無極性 單極性 雙極性 三極性
半導體內的傳導電流是由下列何者形成?
電子 電洞 電子與電洞 視情況而定
1-6 電子學攻略題庫Q&A
金屬內的傳導電流是由何者所形成?
電子 電洞 電子與電洞 離子
本質半導體之:
電子與電洞的濃度相等 電子之數目多於電洞
電洞之數目多於電子 以上皆非
在 P 型半導體中,載子的狀況是:
只有電洞 只有電子
有多數電子及少數電洞 有多數電洞及少數電子
在矽本質半導體中摻雜磷雜質,則所得材料之多數載子為:
電子 光子 質子 電洞
在 P 型半導體中,導電的多數載子為何?
電子 原子核 電洞 離子
本質半導體傳導電流是靠下列何者的移動?
電子 電洞 電子與電洞 以上皆非
整個 P 型半導體是呈現:
負電性 正電性 電中性 視原子序而定
在 N 型半導體中,傳導電流的載子主要是:
電子 離子 電洞 分子
N 型半導體內的電洞為:
少數載子,由熱所產生 少數載子,由摻雜所產生
多數載子,由熱所產生 多數載子,由摻雜所產生
在本質半導體中,摻入下列何項雜質元素,即可成為 P 型半導體?
磷 硼 砷 銻
下列關於 N 型半導體的敘述,何者正確?
比本質半導體導電性好 少數載子為電子
所摻雜質為三價元素 摻雜硼、鋁等雜質
形成 N 型半導體要在本質半導體中加入微量的:
二價元素 三價元素 四價元素 五價元素
下列敘述何者是錯誤的?
二極體的逆向飽和電流隨著溫度的增加而增加
第一章 半導體概論 1-7
在 P 型半導體中,電洞為少數載子,而自由電子為多數載子
用三用電表可以量出電晶體是屬於 NPN 型或 PNP 型
BJT 電晶體是屬於雙極性元件而場效電晶體(FET)屬於單極性
元件
在矽半導體材料中,摻入三價的雜質,請問此半導體形成何種形式
?半導體內部的多數載子為何?此塊半導體的電性為何?
N 型半導體;電子;電中性 N 型半導體;電子;負電
P 型半導體;電洞;電中性 P 型半導體;電洞;正電
在純質矽晶片(Intrinsic Si Wafer)中加入磷(Phosporus),下列
敘述何者有誤?
多數載子為電洞
導電率增加
純質矽晶片成為外質(Extrinsic)電子與電洞濃度乘積為定值
下列有關雜質半導體(Extrinsic Semiconductor)特性之敘述,何者
正確?
在本質(Intrinsic)矽內加入硼(Boron)原子後可產生 N 型導
電特性
在 N 型半導體中,電子的移動率(Mobility)隨著溫度的增加而
變大
在熱平衡時,自由電子與電洞濃度的乘積值不受摻雜濃度(
Doping Concentration)影響
在無外加電壓時,雜質半導體內之擴散電流(Diffusion Current)必為零
以下有關半導體特性之敘述,何者錯誤?
具有受體雜質的半導體稱為 P 型半導體
具有施體雜質的半導體稱為 N 型半導體
電子的漂移速度比電洞的漂移速度快
在 P 型半導體中,電子被稱為多數載子
在矽本質半導體中摻雜磷雜質,則所得材之多數載子為:
1-8 電子學攻略題庫Q&A
電子 光子 質子 電洞
下列有關半導體特性的敘述,何者正確?
純質(Intrinsic)半導體內,自由電子與電洞的濃度不同
N 型半導體的導電度主要是由摻入(Doping)的原子濃度與電
子的移動率(Mobility)所決定
P 型與 N 型半導體的接面特性與定值電阻相同
在純質矽(Silicon)晶片內摻入磷(Phosphorus)後可產生 P 型
半導體
下列對於半導體的敘述,何者正確?
純的 4 價元素矽(Si)和鍺(Ge)皆是本質半導體(IntrinsicSemiconductor)將 5 價元素磷(P)或砷(As)加入一本質半導體可以將此本質
半導體改變為 P 型外質半導體(Extrinsic Semiconductor) N 型半導體中的多數載子(Majority Carrier)為電洞
在摻有硼(B)的半導體中,硼(B)扮演的角色是施體(Donor)
在矽晶體結構中,摻雜那一雜質才能成為 N 型半導體?
鎵 砷 鍺 硼
下列敘述何者正確?
在本質(Intrinsic)半導體中加入微量的 5 價元素則形成 P 型半
導體
N 型半導體的多數載子為電洞
P 型半導體的少數載子為自由電子
本質半導體中所加入之 3 價元素稱為施體(Donor)
下列敘述何者不正確?
矽(Si)及鍺(Ge)皆是本質半導體(Intrinsic Semiconductor)將磷(P)或砷(As)加入一本質半導體可以將此半導體變為 P
型外質半導體(Extrinsic Semiconductor)在 P 型半導體中之多數載子(Majority Carrier)為電洞
在摻有銻(Sb)的半導體中,Sb 扮演的角色是施體(Donor)
第一章 半導體概論 1-9
1-5 半導體導電特性
半導體材料之電阻係數與下列何者有關?
與溫度有關,一般而言,溫度上升其電阻係數亦上升
與載子移動率有關,移動率愈高則電阻係數愈高
與載子濃度有關,濃度愈高則電阻係數愈低
與晶體結構有關,結構愈不完整則電阻係數愈高
電子的移動速度比電洞:
慢 快 相同 不一定
在本質半導體中,由於載子濃度不均勻而產生的電流,稱為:
漏電流 漂移電流 擴散電流 電子流
荷電載子在半導體內的漂移(Drift)運動,是源自於下列何者?
熱效應 外加電壓
載子濃度不均勻 光線照射
矽質半導體,樣品 A 摻雜濃度:硼 5 1016/cm3,樣品 B,摻雜質
濃度:磷 5 1016/cm3,樣品 C 分別為硼:5 1016/cm3,磷:51016/cm3。在室溫之下,有關各樣品矽的傳導率之描述,下列何者
為正確?
A B C B A C C A B C B A A B C:樣品 A:P 型半導體。
樣品 B:N 型半導體。
樣品 C:本質半導體。
一純矽半導體,本質濃度 ni 1.5 1010/cm3,原子密度為 5 1022/cm3,若於每 109 個矽原子摻入 1 個施體(Donor)雜質,則其
電洞濃度為多少?
4.5 105/cm3 4.5 106/cm3
4.5 107/cm3 4.5 108/cm3
:ND 9
22
10105‧ 5‧1013 n(電子濃度)
1-10 電子學攻略題庫Q&A
nnni
2
4.5‧106/cm3
有一矽半導體在溫度 T 300°K 下,本質載子濃度 ni 為 5 1012cm 3 ,若摻雜五價的雜質,且雜質濃度為 1016cm 3 ,此時電洞
濃度為 p,電子濃度為 n,則 p n 約為:
1016cm 3 108cm 3
5 1012cm 3 5 104cm 3
:ND 1016 n
Pnni
2
2.5‧109
n p n 1016
若半導體的本質載子濃度為 1.5 1010cm 3 ,當半導體摻雜鎵原子
(濃度為 1 1015cm 3 ),同時摻雜砷原子(濃度為 8 1015cm 3
),此時半導體內電洞濃度約為何值?
3 104cm 3 1 1015cm 3
7 1015cm 3 8 1015cm 3
:鎵三價元素 NA 1015cm 3
砷五價元素 ND 8‧1015cm 3
ND P NA nn‧p 2
in P
2 7‧1015P 2.25‧1020 0
解之,可得 P 3.21‧104cm 3
1-6 半導體溫度特性
矽、鍺半導體材料的導電性,隨溫度上升而產生何種變化?
成為絕緣體 減少 不變 增加
在室溫之下,以下何種情形會使矽中載子之遷移率上升?
溫度與雜質摻雜濃度均上升時
溫度與外加電場均增加時
雜質摻雜濃度與外加電場均上升時
第一章 半導體概論 1-11
溫度,摻雜濃度與外加電場全都減少時
:遷移率和「溫度、濃度及電場」成反比。
下列何種材料在溫度升高時,其電阻值會下降?
金 鋁 銅鎳合金 矽
在絕對溫度零度(0K)時,本質半導體內所有價電子:
均為自由電子 都在導帶內
都在禁帶內 都在價帶內
對一處於絕對零度(0K)之本質半導體,在此本質半導體之兩端
加一電壓;若此本質半導體並未發生崩潰,則在本質半導體內:
有電子流,也有電洞流 有電子流,但沒有電洞流
沒有電子流,但有電洞流 沒有電子流,也沒有電洞流
下列有關本質半導體之敘述,何者錯誤?
半導體為負溫度係數
半導體內之自由電子濃度與溫度成正比
半導體溫度愈高,內阻愈小
半導體溫度愈高,傳導率愈差
下列敘述,何者錯誤?
當溫度升高時,一般金屬導體電阻增加
半導體(矽等),溫度上升時,其電阻下降
在 P 型半導體裡,導電的載子主要是電洞
在 N 型半導體裡,電洞的濃度將隨溫度的升高而減少
一 P 型半導體受熱(Thermal)影響所產生的新電子或電洞數何者
為多?
電洞數 電子數
電子和電洞數一樣多 不會產生新電子或電洞數
:價電子受熱脫離原子核的束縛後,會「同時」產生電子和電
洞。
N 型半導體的傳導性隨溫度上升而:
增加 減少 不變 隨材料而定
1-12 電子學攻略題庫Q&A
1-7 PN 接面
如圖所示 ,有一個 P-N 接面的二極體,請問在 N 型半
導體內的總電荷極性為?
正的 負的 中性的 不能決定
在 PN 接面二極體中,空乏區內在 P 型側有:
不可移動之正離子 不可移動之負離子
可移動之正離子 可移動之負離子
一 PN 接面之障壁電勢係由接面兩端之電荷建立,該電荷為:
主要載子 副載子
固定之施體及受體離子 自由電子
PN 半導體加逆向偏壓時會有些許電流產生,乃是因為何者引起?
正離子 負離子 少數載子 多數載子
在 PN 二極體中,較易產生電子流的方向是:
由 P 型至 N 型區 由 N 型至 P 型區
兩方向都很容易 兩方向都很難
半導體 PN,斷路時出現空乏區是為了:
制止擴散電流 制止漂移電流
增加擴散電流 增加漂移電流以達熱平衡
在室溫下,未加偏壓之 PN 二極體在 PN 接面附近的狀況為:
P 型半導體帶正電,N 型半導體帶負電
P 型半導體帶負電,N 型半導體帶正電
P 型及 N 型半導體皆不帶電
P 型及 N 型半導體所帶之電性不固定
下列敘述何者正確?
電源正端接 P,負端接 N,稱為逆向偏壓
P 端接負,N 端接正,稱為順向偏壓
外加逆向偏壓時,空乏區的寬度加大
外加順向偏壓時,空乏區的寬度立即消失
PN 二極體產生障壁電壓(Barrier Potential)的原因,下列何者正