半导体物理填空题武汉理工.pdf

1纯净半导体 Si 中掺 V 族元素的杂质，当杂质电离时释放电子。这种杂质称施主杂质；相应的半导体称 N 型半导体。2当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。其运动速度正比于 电场，比例系数称为 迁移率。3nopo=ni2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积 nopo改变否？不变；当温度变化时，nopo改变否？改变。4非平衡载流子通过 复合效应 而消失，非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命，寿命 与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关。5 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是qTkDnn0，称为关爱因斯坦关系式。6半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。7半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用。8对 n 型半导体，如果以 EF和 EC的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那末，TkEEFC02为非简并条件；TkEEFC020为弱简并条件；0FCEE为简并条件。9.以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率与温度的-3/2 次方成正比。10.半导体中载流子的扩散系数决定于其中的载流子的浓度梯度。11.电子在晶体中的共有化运动指的是电子不在完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由移动到其它晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动。12当 P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿，其种类为：雪崩击穿、和 齐纳击穿（或隧道击穿）。13.半导体中掺杂浓度很高时，杂质电离能 增大，禁带宽度 减小。14.简并半导体一般是 重掺杂半导体，这时 电离杂质 对载流子的散射作用不可忽略。15.处在饱和电离区的N 型 Si 半导体在温度升高后，电子迁移率会 下降/减小，电阻率会上升/增大。16.电子陷阱存在于 P/空穴 型半导体中。17.随温度的增加，P 型半导体的霍尔系数的符号 由正变为负。18.在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质，它们具有 杂质补偿 的作用，在制造各种半导体器件时，往往利用这种作用改变半导体的导电性能。19.ZnO 是一种宽禁带半导体，真空制备过程中通常会导致材料缺氧形成氧空位，存在氧空位的ZnO 半导体为 N/电子 型半导体。20.相对 Si 而言，InSb 是制作霍尔器件的较好材料，是因为其电子迁移率较 高/大。21.掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si 中是一种 深能级 杂质，通常起 复合中心的作用，使得载流子寿命减小。22.有效质量 概括了晶体内部势场对载流子的作用，可通过回旋共振实验来测量。23.某 N 型 Si 半导体的功函数 WS 是 4.3eV，金属 Al 的功函数 Wm是 4.2 eV，该半导体和金属接触时的界面将会形成 反阻挡层接触/欧姆接触。24.有效复合中心的能级位置靠近 禁带中心能级/本征费米能级/Ei。26.金属和 n 型半导体接触形成肖特基势垒，若外加正向偏压于金属，则半导体表面电子势垒高度将降低，空间电荷区宽度将相应地（减少/变窄/变薄）。27.硅的导带极小值位于布里渊区的 100方向上，根据晶体的对称性共有 6 个等价能谷。n 型硅掺砷后，费米能级向 Ec(上)移动，如升高材料的工作温度，则费米能级向 Ei(下)移动。28.波尔兹曼分布函数为 TkEETkEEEfFF00expexp11)(29.对于导带为多能谷的半导体，如 GaAs，当能量适当高的子能谷的曲率较 小 时，有可能观察导负微分电导现象，这是因为这种子能谷中的电子的有效质量较 大。30.复合中心的作用是促进电子和空穴的复合，起有效的复合中心的杂质能级必须位于 Ei（禁带中线），并且对电子和空穴的俘获系数 rn和 rp必须满足pnrr。31.热平衡条件下，半导体中同时含有一种施主杂质和一种受主杂质情况下的电中性条件是 p0+nD+=n0+pA-。32.金半接触时，常用的形成欧姆接触的方法有隧道效应 和反阻挡层 33.在半导体中，如果温度升高，则考虑对载流子的散射作用时，电离杂质散射概率 减小 和晶格振动散射概率 增大 。34.半导体的晶格结构式多种多样的，常见的 Ge 和 Si 材料，其原子均通过共价键四面体相互结合，属于 金刚石 结构；与 Ge 和 Si 晶格结构类似，两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成 闪锌矿 和 纤锌矿 等两种晶格结构。35.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k 不发生变化，则具有这种能带结构的半导体称为直接禁带半导体，否则称为间接禁带半导体，那么按这种原则分类，GaAs 属于 直接 禁带半导体。36.半导体载流子在输运过程中，会受到各种散射机构的散射，主要散射机构有 晶格振动散射（纵声学波形变势散射，纵声学波压电散射，极性光学波散射）、电离杂质散射、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。37.半导体中的载流子复合可以有很多途径，主要有两大类：带间电子-空穴直接复合和通过禁带内的 复合中心 进行复合。38.与金属相比，半导体材料具有显著的霍尔效应。实验表明，在弱场条件下霍尔电场 Ey与磁感应强度 Bz和电流密度 jx的关系为 Ey=RHBz jx 。在霍尔效应实验中，常受到热磁效应的影响，需要消除，常见的热磁效应有 能斯脱效应 、爱廷豪森效应 、里纪-勒杜克效应 。39.纯净半导体 Si 中掺族元素的杂质，当杂质电离时从 Si 中夺取 电子，在 Si 晶体的共价键中产生了一个 空穴 ，这种杂质称 受主 杂质；相应的半导体称 P 型半导体。1、无线电通信中，信号是以电磁波形式发射出去的。它的调制方式有调幅、调频、调相。2、针对不同的调制方式有三种解调方式，分别是检波、鉴频、和鉴相。3、在单调谐放大器中，矩形系数越接近于 1、其选择性越好；在单调谐的多级放大器中，级数越多，通频带越窄、（宽或窄），其矩形系数越（大或小）小。4、调幅波的表达式为：uAM（t）=20（1+0.2COS100t）COS107t（V）；调幅波的振幅最大值为 24V，调幅度 Ma 为 20，带宽 fBW 为 100Hz，载波 fc 为 5*106Hz。5、在无线电技术中，一个信号的表示方法有三种，分别是数学表达式、波形、频谱。6、调频电路有直接调频、间接调频两种方式。7、检波有同步、和非同步检波两种形式。8、反馈式正弦波振荡器按照选频网络的不同，可分为 LC、RC、石英晶振 等三种。9、变频器可由混频器、和带通滤波器两部分组成。10、列出三个常见的频谱搬移电路调幅、检波、变频。11、用模拟乘法器非线性器件实现调幅最为理想。1.放大器的噪声系数 NF是指输入端的信噪比 与输出端的 信噪比 两者的比值，用分贝表示即为 10lg（Psi/PNi）/(Pso/PNo)。2电容三点式振荡器的发射极至集电极之间的阻抗 Zce性质应为 容性 ，发射极至基极之间的阻抗 Zbe性质应为 容性 ，基极至集电极之间的阻抗 Zcb性质应为 感性 。3解调是调制的 逆 过程。振幅调制信号的解调电路称为振幅 检波电路，它的作用是 从调幅信号中不失真地捡出调制信号 。4常用的混频电路有 二极管混频、三极管混频 和 场效应管混频 等。5调频和调幅相比，调频的主要优点是 抗干扰性强 、信号传输保真度高 和 调频发射机的功率放大管的利用率高。1 有一中频 fI465kHz 的超外差接收机，当接收信号频率 fc1200kHz，则其本振频率 fLO 1665kHz ，镜像干扰频率为 2130kHz 。2 通信系统由输入变换器、发送设备 、信道 、接收设备 以及输出变换器组成。3 调幅波的几种调制方式是 普通调幅、双边带调幅 、单边带调幅 和 残留单边带调幅 。4单调谐放大器经过级联后电压增益 增大 、通频带 变窄 、选择性 变好 。（在空格中填写变化趋势）5调频的主要优点是抗干扰能力强、功率管利用率高 和 信号传输保真度高。1放大器的噪声系数 NF是指输入端的信噪比 与输出端的 信噪比 两者的比值，用分贝表示即为 10lg（Psi/PNi）/(Pso/PNo)。2电容三点式振荡器的发射极至集电极之间的阻抗 Zce性质应为 容性 ，发射极至基极之间的阻抗 Zbe性质应为 容性 ，基极至集电极之间的阻抗 Zcb性质应为 感性 。3 根据干扰产生的原因，混频器的干扰主要有 组合频率干扰 、副波道干扰、交调干扰 和 互调干扰 四种。4无论是调频信号还是调相信号，它们的（t）和（t）都同时受到调变，其区别仅在于按调制信号规律线性变化的物理量不同，这个物理量在调相信号中是 （t），在调频信号中是 （t）。5锁相环路由 鉴相器、环路滤波器 和 压控振荡器 组成，它的主要作用是 用于实现两个电信号相位同步，即可实现无频率误差的频率跟踪 。四、简答题（共 20 分）1、什么叫调制？在无线通信系统中为什么要进行调制？(6 分)答：把要传送的信号“装载”到高频振荡信号的过程，称为调制。(2 分)因为（1）无法制造合适尺寸的天线；(2 分)（2）接收者无法选择所要接收的信号。(2 分)2、在同步检波器中，为什么参考电压与输入载波同频同相？二者不同频将对检波有什么影响？二者不同相又会对检波产生什么影响？（6 分）答：为了保证同步检波器不失真地解调出幅度尽可能大的信号。(2 分)若不同频，则检波时输出电压会失真。(2 分)若不同相，则检波时输出电压不会失真，但幅度会减小。(2 分)1、接收机分为直接放大式、和超外差式 两种。2、扩展放大器通频带的方法有组合电路法、负反馈法和集成电路法三种。3、在集成中频放大器中，常用的集中滤波器主要有：LC 带通滤波器、陶瓷、石英晶体、声表面波滤波器等四种。4、丙类谐振功放有欠压、临界和过压三种工作状态，其性能可用负载特性、调制特性和放大特性来描述。5、普通调幅波的数学表达式 UAMt=Ucm（1+Ma cost）cosct，为了实现不失真调幅，Ma 一般 1。6、实现 AGC 的方法主要有改变发射级电流 IE 和改变放大器的负载两种。7、根据频谱变换的不同特点，频率变换电路分为频谱搬移电路和频谱的非线性变换 电路。8、要产生较高频率信号应采用、LC 振荡器，要产生较低频率信号应采用 RC 振荡器，要产生频率稳定度高的信号应采用石英晶体振荡器。9、三点式振荡器有电容和电感三点式电路。10、丙类功放最佳工作状态是临界状态，最不安全工作状态是强欠压状态。11、反馈式正弦波振荡器由放大部分、选频网络、反馈网络 三部分组成。12、调频电路有直接、间接调频两种方式。13、调幅测试中，根据示波器所显示的调幅波波形可以计算出相应的调幅度Ma。已知某普通调幅波波形及其参数如图 1-1 所示，试求 Ma=0.25%。2、简述 AGC 电路的作用。(4 分)2、答：AGC 的作用是当输入信号变化很大时，保持接收机的输出信号基本稳定。即当输入信号很弱时，接收机的增益高；当输入信号很强时，接收机的增益低。4、大信号包络检波器中，若把二极管极性反接，是否起到检波作用？若能，则输出波形与原电路有什么不同？（6 分）4、答：可以检波。(3 分)输出波形与原调制信号极性相反。一、填空题（每空1 分，共 13 分）1 石英晶体振荡器是利用石英晶体的 压电和反压电效应 工作的，其频率稳定度很高，通常可分为 串联型晶体振荡器 和 并联型晶体振荡器 两种。2为了有效地实现基极调幅，调制器必须工作在 欠压 状态，为了有效地实现集电极调幅，调制器必须工作在 过压 状态。3大信号包络检波器是利用二极管的 单向导电性 和 RC 网络的 充放电 特性工作的。4调频有两种方法，分别称为 直接调频 和 间接调频 。5谐振功率放大器通常工作在 丙 类，此类功率放大器的工作原理是：当输入信号为余弦波时，其集电极电流为 周期性余弦脉冲 波，由于集电极负载的 选频 作用，输出的是与输入信号频率相同的 余弦 波。当谐振功率放大器的输入激励信号为余弦波时，为什么集电极电流为余弦脉冲波形？但放大器为什么又能输出不失真的余弦波电压？答：因为谐振功率放大器工作在丙类状态（导通时间小于半个周期），所以集电极电流为周期性余弦脉冲波形；但其负载为调谐回路谐振在基波频率，可选出 ic 的基波，故在负载两端得到的电压仍与信号同频的完整正弦波。1放大电路直流通路和交流通路画法的要点是：画直流通路时，把 电容 视为开路；画交流通路时，把 电感 视为短路。2晶体管正弦波振荡器产生自激振荡的相位条件是 uf 和 ui 同相 ，振幅条件是 UfUi 。3调幅的就是用 调制 信号去控制 载波信号 ，使载波的振幅 随 调制信号的 大小变化而变化。4小信号谐振放大器的主要特点是以 调谐回路 作为放大器的交流负载，具有 放大 和 选频 功能。5 谐振功率放大器的调制特性是指保持 Ubm 及 Rp 不变的情况下，放大器的性能随 UBB 变化，或随 UCC 变化的特性。1无线电通信为什么要进行调制？常用的模拟调制方式有哪些？答：1）信号不调制进行发射天线太长，无法架设。2）信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。常用的模拟调制方式有调幅、调频及调相 2锁相环路与自动频率控制电路实现稳频功能时，哪种性能优越？为什么？答：锁相环路稳频效果优越。这是由于一般的 AFC 技术存在着固有频率误差问题（因为 AFC 是利用误差来减小误差），往往达不到所要求的频率精度，而采用锁相技术进行稳频时，可实现零偏差跟踪。1 放大器的噪声系数 NF 是指输入端的信噪比 与输出端的 信噪比 两者的比值，用分贝表示即为 10lg（Psi/PNi）/(Pso/PNo)。2电容三点式振荡器的发射极至集电极之间的阻抗 Zce 性质应为 容性 ，发射极至基极之间的阻抗 Zbe 性质应为 容性 ，基极至集电极之间的阻抗 Zcb 性质应为 感性 。3 根据干扰产生的原因，混频器的干扰主要有 组合频率干扰 、副波道干扰、交调干扰 和 互调干扰 四种。4无论是调频信号还是调相信号，它们的（t）和（t）都同时受到调变，其区别仅在于按调制信号规律线性变化的物理量不同，这个物理量在调相信号中是 （t），在调频信号中是 （t）。5锁相环路由 鉴相器、环路滤波器 和 压控振荡器 组成，它的主要作用是 用于实现两个电信号相位同步，即可实现无频率误差的频率跟踪 。小信号谐振放大器与谐振功率放大器的主要区别是什么？答：1）小信号谐振放大器的作用是选频和放大，它必须工作在甲类工作状态；而谐振功率放大器为了提高效率，一般工作在丙类状态。2）两种放大器的分析方法不同：前者输入信号小采用线性高频等效电路分析法，而后者输入信号大采用折线分析法。高频已调波信号和本机振荡信号经过混频后，信号中包含哪些成分？如何取出需要的成分？答：高频已调波信号和本机振荡信号经过混频后，信号中包含直流分量、基波分量、谐波、和频、差频分量，通过 LC 并联谐振回路这一带通滤波器取出差频分量，完成混频。1通常将携带有信息的电信号称为 调制信号，未调制的高频振荡信号称为 载波 ，通过调制后的高频振荡信号称为 已调波 。2丙类谐振功率放大器根据集电极电流波形的不同，可分为三种工作状态，分别为 欠压 状态、临界 状态、过压 状态；欲使功率放大器高效率地输 出最大功率，应使放大器工作在 临界 状态。3解调是调制的 逆 过程。振幅调制信号的解调电路称为振幅 检波电路，它的作用是 从调幅信号中不失真地捡出调制信号。4常用的混频电路有 二极管混频、三极管混频 和 场效应管混频 等。5调频和调幅相比，调频的主要优点是 抗干扰性强 、信号传输保真度高 和 调频发射机的功率放大管的利用率高。无线通信中，信号的调制方式有 调幅 、调频 、调相 三种，相应的解 调方式分别为 检波 、鉴频 、鉴相 。2.集成中频放大器中，常用的集中滤波器有 LC 带通滤波器 、陶瓷滤波器 、晶体滤波器、声表面波滤波器 等四种。3.根据选频网络的不同，反馈试正弦波振荡器可分为 LC 振荡器 、RC 振荡器 、石英晶体振荡器 。4.AFC 电路的作用是 _自动调整振荡器的频率，使振荡器的频率稳定在某一预期的 标准频率附近。5.正弦波振荡器由 基本放大器、选频网络、反馈网络、稳幅环节 四部分组成。6.振幅调制与解调、混频、频率调制与解调等电路是通信系统的基本组成电路。它们的 共同特点是将输入信号进行 频率变换，以获得具有所需 新频率分量 的输出信号。一、填空题（每空 1 分，共 20 分）1通信系统由输入变换器、发送设备 、信道 、接收设备 以及输出变换器组成。2丙类高频功率放大器的最佳工作状态是 临界工作状态，这种工作状态的特点是 输出功率最大 、效率较高 和 集电极电流为尖顶余弦脉冲波。3 石英晶体振荡器是利用石英晶体的 压电和反压电效应 工作的，其频率稳定度很高，通常可分为 串联型晶体振荡器 和 并联型晶体振荡器 两种。4调幅波的几种调制方式是 普通调幅、双边带调幅 、单边带调幅 和 残留单边带调幅 。5在大信号包络检波器中，若电路参数选择不当会产生两种失真，一种是 惰性失真，另一种是 负峰切割失真；两种失真分别产生的原因是 RLCL 选得太大，放电太慢，跟不上输入信号包络线的变化 和 检波器交、直流负载电阻不等造成的 。6为了有效地实现基极调幅，调制器必须工作在 欠压 状态，为了有效地实现 集电极调幅，调制器必须工作在 过压 状态。1无线电广播发送和接收设备由哪些主要部分组成？答：发送设备由振荡器、倍频器、调制器、低频放大及功率放大器等部分组成。接收设备由高频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、检波器及低频放大器等组成。1为什么发射台要将信息调制到高频载波上再发送？答：1）信号不调制进行发射天线太长，无法架设。2）信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。2在谐振功率放大电路中，若 UBB、Ubm 及 Ucm 不变，而当 UCC 改变时 Ic1 有明显的变化，问放大器此时工作在何种状态？为什么？答：由右图谐振功率放大器的集电极调制特性知：Ubm、Ucm 及 UBB 不变，而当 UCC 改变时，只有工作在过压工作状态，Ic1 有明显的变化 3.反馈控制电路有哪些类型，各自的功能是什么？答：(1)自动增益控制 AGC，主要用于接收机中，以维持整机输出恒定，几乎不随外来信号的强弱而变化。(2)自动频率控制 AFC，又称自动频率微调，主要用于电子设备中稳定振荡器振荡频率。它利用反馈控制量自动调节振荡器的振荡频率，使振荡器稳定在某一预期的标准频率附近。(3)锁相环路 PLL，它用于锁定相位，实现无频差反馈控制。2.画出锁相环路的组成框图并简述各部分的作用，分析系统的工作过程。解：锁相环路的系统框图如下图所示。锁相环路是由鉴相器 PD(Phase Detector)、环路滤波器 LF(Loop Filter)和压控振荡器 VCO 组成的，其中 LF 为低通滤波器。各部分功能如下：(1)鉴相器 PD：鉴相器是一个相位比较器，完成对输入信号相位与 VCO 输出信号相位进行比较，得误差相位。(2)环路滤波器 LF：环路滤波器(LF)是一个低通滤波器(LPF)，其作用是把鉴相器输出电压 ud(t)中的高频分量及干扰杂波抑制掉，得到纯正的控制信号电压 uc(t)。(3)压控振荡器 VCO：压控振荡器是一种电压-频率变换器，它的瞬时振荡频率(t)是用控制电压 uc(t)控制振荡器得到，即用 uc(t)控制 VCO 的振荡频率，使与的相位不断减小，最后保持在某一预期值。2锁相环路与自动频率控制电路实现稳频功能时，哪种性能优越？为什么？答：锁相环路稳频效果优越。这是由于一般的 AFC 技术存在着固有频率误差问题（因为 AFC 是利用误差来减小误差），往往达不到所要求的频率精度，而采用锁相技术进行稳频时，可实现零偏差跟踪。1.通信系统中为什么要采用调制技术。（8 分）答：调制就是用待传输的基带信号去改变高频载波信号某一参数的过程。采用调制技术可使低频基带信号装载到高频载波信号上，从而缩短天线尺寸，易于天线辐射，实现远距离传输；其次，采用调制可以进行频分多路通信，实现信道的复用，提高信道利用率。