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《半導(dǎo)體器件物理課后習(xí)題解答》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、半導(dǎo)體器件物理課后作業(yè)第二章對發(fā)光二極管（LED）、光電二極管（PD）、隧道二極管、齊納二極管、變?nèi)莨?、快恢?fù)二極管和電荷存儲二極管這7個二端器件，請選擇其中的4個器件，簡述它們的工作原理和應(yīng)用場合。解：發(fā)光二極管它是半導(dǎo)體二極管的一種，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。工作原理：發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空
2、穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少是不同的，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短；反之，則發(fā)出的光的波長越長。應(yīng)用場合：常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管，它們主要用于各種LED顯示屏、彩燈、工作（交通）指示燈以及居家LED節(jié)能燈。光電二極管光電二極管（Photo-Diode）和普通二極管一樣，也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦裕陔娐分兴皇亲髡髟?，而是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電傳感器件。工作原理：普通二極管在反向電壓作用時處于截止?fàn)顟B(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計和制作時盡量使PN
3、結(jié)的面積相對較大，以便接收入射光，而電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子—空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動，使反向電流迅速增大到幾十微安，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變
4、化。光電二極管有多種類型，用途也不盡相同，主要有以下幾種：PN型特性：優(yōu)點(diǎn)是暗電流小，一般情況下，響應(yīng)速度較低?！ ∮猛荆赫斩扔?、彩色傳感器、光電三極管、線性圖像傳感器、分光光度計、照相機(jī)曝光計。PIN型特性：缺點(diǎn)是暗電流大，因結(jié)容量低，故可獲得快速響應(yīng) 用途：高速光的檢測、光通信、光纖、遙控、光電三極管、寫字筆、傳真發(fā)射鍵型特性：使用Au薄膜與N型半導(dǎo)體結(jié)代替P型半導(dǎo)體 用途：主要用于紫外線等短波光的檢測雪崩型特性：響應(yīng)速度非?？?，因具有倍速做用，故可檢測微弱光 用途：高速光通信、高速光檢測隧道二極管隧道二極管（TunnelDiode）又
5、稱為江崎二極管，它是以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的晶體二極管。隧道二極管是采用砷化鎵（GaAs）和銻化鎵（GaSb）等材料混合制成的半導(dǎo)體二極管，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)特性好，速度快、工作頻率高；缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。工作原理：隧道二極管的工作符合發(fā)生隧道效應(yīng)具備的三個條件：①費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；②空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；③簡并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級上有交疊的可能性。隧道二極管的工作原理是量子力學(xué)領(lǐng)域的隧道效應(yīng)。所謂“遂道效應(yīng)”就是指粒子通過一個勢能大于總能量的有限區(qū)域。這是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，按照經(jīng)典力學(xué)是不可
6、能出現(xiàn)的。應(yīng)用場合：隧道二極管可以被應(yīng)用于低噪聲高頻放大器及高頻振蕩器中（其工作頻率可達(dá)毫米波段），也可以被應(yīng)用于高速開關(guān)電路中。齊納二極管CurrentVoltage工作原理：齊納二極管主要工作于逆向偏壓區(qū)，在二極管工作于逆向偏壓區(qū)時，當(dāng)電壓未達(dá)崩潰電壓以前，反向偏置的PN結(jié)中只有一個很小的電流，這個漏電流一直保持一個常數(shù)，直到反向電壓超過某個特定的值，即當(dāng)逆向電壓達(dá)到崩潰電壓時，每一微小電壓的增加就會產(chǎn)生相當(dāng)大的電流，此時二極管兩端的電壓就會保持于一個變化量相當(dāng)微小的電壓值(幾乎等于崩潰電壓)，下圖為齊納二極管之電壓電流曲線。如果沒有一些外在
7、的措施來限制電流的話，它可能導(dǎo)致器件的損壞。反向擊穿通常設(shè)置了固態(tài)器件的最大工作電壓。然而，如果采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來限制電流的話，反向擊穿的結(jié)可以作為一個非常穩(wěn)定的參考電壓。圖一齊納二極管的反向擊穿電流電壓曲線導(dǎo)致反向擊穿的一個機(jī)制是avalanchemultiplication。考慮一個反向偏置的PN結(jié)。耗盡區(qū)隨著偏置上升而加寬，但還不夠快到阻止電場的加強(qiáng)。強(qiáng)大的電場加速了一些載流子以非常高的速度穿過耗盡區(qū)。當(dāng)這些載流子碰撞到晶體中的原子時，他們撞擊松的價電子且產(chǎn)生了額外的載流子。因為一個載流子能通過撞擊來產(chǎn)生額外的成千上外的載流子就好像一個雪
8、球能產(chǎn)生一場雪崩一樣，所以這個過程叫avalanchemultiplication。反向擊穿的另一個機(jī)制是Tunneling。Tunne
