电子材料复习题3及答案.docx

电子材料复习题3及答案1. 金属、半导体、绝缘体是如何区分的？ 答：它们分为良导体电阻率r10-6W×m，绝缘体电阻率r10121022W×m，介于这两者之间的半导。 2. 常见的半导体材料有哪些？列出三种以上 答：，硅 锗 砷化镓 3. 从能带理论解释半导体材料的导电性，并说明其与导体和半导体的不同点。 答：半导体价带被电子填满，而导带被空穴填满。受到激发时，电子能够从导带的低能级跃迁到高能级，形成导电现象。导体价带被填满，而最外层电子为自由电子，填充导带，且金属的禁带宽度小于半导体的，因此电子可以从能级比较低的导带跃迁到能级比较高的导带，形成导电现象。 4. 什么是本征半导体？什么是掺杂半导体？各有什么特点？ 答：本征半导体即不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%以上。特点：价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子，本征半导体导电能力较差，空穴与电子是成对出现。 当半导体被掺入杂质时，半导体变成非本征的，也称杂质半导体，特点：半导体导电性大大增强。 5. 请以硅为例，叙述本征半导体的导电过程 答：从外界获得能量，价电子就会挣脱共价键的束缚成为自由电子，在共价键中留下一个 “空穴”。同时，这个自由电子又会去填补其它空穴。电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在运动。空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此形成的电流就越大。 6. 掺杂半导体根据掺杂类型不同又分为哪两种？ 答：N型半导体与P型型半导体。 7. 什么是p型半导体？什么是n型半导体？ 答：在本征半导体中加入5价元素如磷形成n型半导体，电子导电为主。如果加入3价元素如硼形成p型半导体，以空穴导电为主。 8. p型与n型半导体杂质能级分布是什么样的？ 答：P型半导体的杂质能级靠近价带，n型半导体的杂质能级靠近导带，非简并半导体其杂质能级位于导带和价带之间。 9. pn结是如何形成的？它的V-I特性是怎样的？ 答： p型半导体和n型半导体接触后，N区的电子要向P区扩散，而P的空穴也要向N区扩散，两种半导体交界处两边的载流子减少，而剩下不可移动的杂质离子形成空间电荷区，形成内建电场阻止载流子继续扩散，达到动态平衡形成Pn结。 10. 什么是电迁移率？它是怎样决定电导率的？ 答：单位电场强度所产生的电子迁移速度称电迁移率。它与电导率的关系为11. 半导体的电导率受哪些因素影响？是如何影响的？ d=nemn+pemp。 答：掺杂浓度掺杂越高，载流子浓度越大，电导率越大，电阻率越小。对本征半导体来说，温度升高，载流子浓度增加，电导率增加，电阻率下降，对非本征半导体，在低温区与温度成3/2次方，在饱和区与温度成-3/2次方。 12. 非本征半导体的电导率与温度的关系如何？ 答：对非本征半导体，在低温区与温度成3/2次方，在饱和区与温度成-3/2次方，在高温区则与本征激发有关 13. 什么是半导体光敏器件的相对光电导率？ Ds答：由于光照引起的附加电导率和原电导率的比值：s0=Dnemn+Dpempnemn+pemp。 14. 分别说明本征半导体、n型和p型半导体霍尔系数符号。 2R=(pmp-nme2)/e(nme+pmp)2答：霍尔系数 ，对于本征半导体，n = p。因为一般me>mp，故R < 0。N型半导体：在杂质激发温度区，n>>p ，R < 0。 15. 第一代、第二代、第三代半导体分别是什么？它们各有什么特点？ 答：第一代半导体：元素半导体 ，如Si，Ge。应用较广，器件频率较低。第二代半导体：化合物半导体，以砷化镓、磷化铟和氮化镓等为代表，包括许多其它III-V族化合物半导体，应用较广。第三代半导体：宽禁带半导体，金刚石、SiC、GaN和AlN，禁带宽度在 2 eV 以上，拥有一系列优异的物理和化学性能。 16. 以硅、砷化镓为例，比较第一代和第二代半导体在晶体结构、键结方式、电子迁移率、禁带宽度、带隙类型、使用频率、应用领域、最小线宽、主流wafer尺寸等方面的区别。 答：见下表 晶体结构 最小线宽 电子迁移率 禁带宽度 键结方式 使用频率 应用领域 主流wafer尺寸 带隙类型 17. 什么是电介质材料？特点是什么？包含哪些方面的材料？ 答：在电场的作用下具有极化能力并在其中能够长期存在电场的一种物质。特点：电介质体内一般没有自由电荷，硅 金刚石结构 0.13um 低 低 共价键 10Ghz以下 集成电路 4吋，进军6吋 间接带隙 砷化镓 闪锌矿结构 亚微米 高 高 共价键与少许离子键的混合键 2300GHz高频 太阳能电池 8吋，但已经存在12吋厂家 直接带隙 具有良好的绝缘性能。包括：电容器材料、微波介质材料、压电与热释电材料、铁电材料等。 18. 电介质包含哪四种极化类型？发生极化的频率有何不同？ 答：极化类型：位移极化，转向极化，弛豫极化，空间电荷极化。 19. 电介质的介电常数受哪些因素的影响？如何影响？ 答：介电常数的影响因素：材料。湿度。温度系数。频率 20. 请说明复介电常数实部和虚部的物理意义？ 答：实部为静电场下介质的相对介电常数，虚部表示电介质电导引起的电场能量的损耗。 21. 组成电介质损耗的主要因素有哪两种？它们与频率的关系如何？ 答：电导损耗，极化损耗。与频率的关系：w趋于0时，介电常数达最大值。介电损耗主要为电导损耗；当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小。在这一频率范围内，随w的升高，P w变化较小 。 22. 什么是电介质的击穿？主要包括哪两种类型？ 答：电场强度超过某一临界值时介质由介电状态变为导电状态。主要类型：热击穿和电击穿两种。 23. 电容器对电介质的一般要求是什么？ 答：一般要求介电常数尽可能高，尽可能低的损耗角正切，高的绝缘电阻值，高的击穿电场强度。 24. 目前使用和产量最多的一类电容器是？ 答：钛酸钡陶瓷电容。 25. 主要的高频温度补偿型介电陶瓷材料是什么？它的介电常数随温度和频率如何改变？ 答：主要的高频温度补偿型介电陶瓷材料是二氧化钛及钛酸盐类，随温度升高，介电常数增加。随频率增加，介电常数减小。 26. 高频温度稳定型介电陶瓷一般是复合材料组成。 答：主要的复合材料钛酸镁陶瓷。 27. 低频高介电系数介电陶瓷主要材料是什么？ 答：BaTiO3、SrTiO3 和反铁电系。 28. 目前发展最快的是什么类型电容器？ 答：片式多层陶瓷电容器。 29. 有正负极之分的电容器是什么电容器？它有什么特点？ 答：电解电容器，特点是电容量很高，可以达到法拉量级；用量很广。 30. 什么是铁电材料？它的基本的两个特性是什么？它的特点是什么？ 答：极化强度随外电场方向改变而改变，当外电场变化一周时，出现与铁磁回线相类似的结果，这一类介质称为铁电材料。两个基本特性：自发极化和电滞回线。，由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电性和热释电性。 31. 介电体、压电体、热释电体、铁电体具有怎样的包含关系？ 答：介电体包括压电体包括热释电体包括铁电体。 32. 铁电材料有哪些主要应用？ 答：高介电容器；低频电容器；第III类介电陶瓷：低频高介电系数型介电陶瓷；铁电存储器；热释电与压电探测器。 33. 微波的主要应用领域？常用的微波器件？ 答：电子对抗、卫星通讯、雷达与导航。常用微波器件：微波集成电路、天线、稳频振荡器。 34. 微波陶瓷应满足哪些介电性能？ 答：介电常数，尽可能大；品质因数尽可能大；谐振频率温度系数尽可能小。 35. 什么是压电效应？正压电效应？逆压电效应？ 答：压电效应是指某些物质能将电能转化为机械能或者能将机械能转化为电能的现象。正压电效应：某些物质沿其一定的方向施加压力或拉力时，随着形变的产生，会在其某两个相对的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉形变消失后，又重新回到不带电的状态。逆压电效应：在极化方向上施加电场，它又会产生机械形变的现象。 36. 请说出压电的四个特性参数及其含义 答：1压电常数反映力学量间相互耦合的线性响应系数；2机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量；3机械品质因数反映能量消耗大小的一个参数；4频率常数N对某一压电振子，其谐振频率和振子振动方向长度的乘积。 37. 压电材料可分为哪三类？ 答：压电晶体；经过极化处理的压电陶瓷；高分子压电材料。 38. 请举例说明压电效应的应用。 答：玻璃破碎报警器，压电加速度传感器，压电打火。 39. 什么是热释电材料？举例说明其主要应用 答：热释电材料指由于温度变化时的热膨胀作用而使其电极化强度变化，引起自由电荷的充放电现象。应用：无线人体热释电红外探测器等。 40. 介电材料、压电材料、热释电材料、铁电材料存在怎样的 包含关系？ 答：介电体包括压电体包括热释电体包括铁电体