（精选）电子材料与器件总结

1、电子材料与器件总结 2.whatarethefunctionalelectronicmaterials。功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊功能，或能实现光电磁热力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。 3.whatarethebasicrequirementsofmodernsocietytoelectronicmaterials。 1.高纯度与完美的晶体结构。 2.先进的制造技术。 3.大尺寸。 4.寿命长且可控。 5.具有优异结构与功能特性。 6.减少污染节约能源。 4.whatisthefuturedirectionforthedevelopmentofadvancedelectr

2、onicmaterials。 先进复合材料有机电子材料电子薄膜材料5.whatismooreslaw。 集成电路上可容纳的晶体管数目将在每三年变成原来的4倍。 chapter2.elementarymaterialsscienceconcepts1.pleaseexplaintheshellmodelofatomicstructureandsketchthatforsodium. 壳模型是基于波尔模型的。原子核：带正电的质子与中性的中子。原子序数：核电荷数。电子：质量极小，带负电，在原子中绕电子核旋转。核外电子排布：泡 利不相容定理、能量最低原理、洪特定理。 2.whatstheforcebe

3、tweenthetwoatomswhentheirseparationisabovethebondlength，equaltothebondlengthandbelowthebondlength。whatarethenetforceandpotentialenergyinbondingbetweentwoatoms。 距离大于键长时合力为吸引力，等于键长时合力为0，小于键长时合力为斥力。力为势能相对距离的导数。当两个原子距离无穷远时，几乎不相互作用，势能为0.当两个原子在吸引力作用下靠近时，势能逐渐下降，到达平衡位置时，势能最低。当原子距离进一步接近，要克服排斥力，使得势能重新升高。把平衡位置

4、距离下对应的势能定义为结合能。 3.pleaselistthreekindsoftheprimarybondsandthetypicalmaterial. 共价键：h2，ch4 金属键：copper.离子键：nacl，zns.4.pleaselisttwokindsofthesecondarybondsandthetypicalmaterial. 诱发偶极矩：h 2、ch4氢键。h20.5.whatsthebondforsemiconductors。 许多重要的半导体都是极化共价键，是一种混合键。 6.whatstheoriginofthevanderwaalsbond。pleaseexpla

5、intheformationofthehydrogenbondandinduceddipole，respectively. 范德华键：产于分或原之间的静电相互作 氢键。氧原子中的电子在远离氢原子的地方聚集，水分子是极性的有一个电偶极矩。水中各种偶极矩之间的引力引起范德华键，当一个偶极子的正电荷来自一个暴露的氢核时，范德华键便称作氢键。 诱发偶极矩。两个原子由于电子波动的同步性诱发电偶极矩彼此互相吸引。 7.pleasedrawthebodycenteredcubicandtetragonalcrystalstructure. 8.whatsthemillerindexofthecrystalp

6、lane。 9.pleasedrawthecrystaldirectionandcrystalplaneinacubiccrystal.110（110） 111（111） 121（121）10. pleasedescribedifferentkindsofcrystaldefects.点缺陷：引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数范围内的缺陷。线缺陷：晶格周期性的破坏发生在晶体内部一条线的周围近邻。面缺陷：密排晶体中原子面的堆积顺序出现了反常所造成的缺陷。 11.howtodetermineaburgersvectorforadislocationinacrystal。whatsthed

7、ifferencebetweentheedgedislocationandscrewdislocation。在实际晶体中作一伯格斯回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即伯格斯矢量。伯格斯矢量垂直于刃位错线。伯格斯矢量与位错线平行。 刃型位错必须与滑移方向slippingdirection垂直，也垂直与滑移矢量slippingvector.螺旋位错线平行于滑移方向。 12.whatarethecharacteristicsatgrainboundary。晶界两侧晶粒的晶体结构相同，空间取向不同。 pointgroup点阵：从晶体结构中抽象出来的几何点的集合称之为

8、晶体点阵basis基元：原子、分子或多个原子构成的集团 chapter3.dielectricmaterialsanddevices1.whatarethedirectandconversepiezoelectriceffect。 directpiezoelectriceffect正压电效应：晶体在机械力作用下，一定方向产生电压，机械能转换为电能的过程。 conversepiezoelectriceffect逆压电效应：在外电场激励下，晶体某些方向产生形变现象，电能转换为机械能的过程。 2.whatisthedomains。 电畴。电偶极矩具有相同方向的区域称为电畴。 3.pleaseexpl

9、ainthepolarizationprocessforthepiezoelectricceramic.对压电陶瓷施加电场，可以使电畴有序排列，发生极化。施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。 4.pleasedrawthepolarizationversusstressforpiezoelectricceramic. 5.pleasegivethepiezoelectricequationandexplaintheparameters.极化感应电荷的大小与所加力的大小成比例，极性与力的方向有关： d为压电系数 6.pleaselistatleas

10、tthreeimportantpiezoelectricmaterial.singlecrystals单晶polycrystallineceramics陶瓷polymer高分子聚合物thinfilms薄膜 7.whycantastaticforcebemeasuredbythepiezoelectricsensor。理论上来讲，如果施加在晶片上的外力不变，积聚在极板上的电荷无内部泄漏，外电路负载无穷大，那么在外力作用期间，电荷量将始终保持不变。但这是不存在的，漏电阻会很快泄放掉其上的电荷。 8.howtoimprovethesensibilityofthepiezoelectricsensor

11、usingelectrometercircuit。t=r（ca+cc+ci）被测作用力变化缓慢，此时如果测量回路时间常数也不大，就会造成传感器的灵敏度降低。为了增大压电传感器的工作频率范围，必须增大时间常数。增大测量回路的电容来提高时间常数，则会影响电压灵敏度，通常用增加电阻来提高时间常数。 9.pleaselisttheapplicationofpiezoelectricsensors.压电加速度传感器压电压传感器超声波流量计 10.pleasegivethefrequencyresponseforapztandexplaintheoriginationforeachsection. 直流响

12、应为0，然后有一平坦区间，接着有一谐振峰，然后快速下降。第一个区间是由于压电材料的漏电组引起的，第三个区间是由于传感器机械结构的共振引起的。 11.howtomeasuretheflowvelocityofliquidbythepiezoelectricsensor。它采用两个声波发送器（sa和sb）和两个声波接收器（ra和rb）。同一声源的两组声波在sa与ra之间和sb与rb之间分别传送。它们沿着管道安装的位置与管道成角。由于向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。 第二篇：磁电子技术与器件的产业化盛会未来电子技术磁电子技术与器件的产业化盛会 20

13、21-10-2218：05：00来源：人民网 提要2021年10月21日-22日，首届国际磁电子器件及产业化研讨会（issdc2021）在北京成功召开。国内外院士和专家一致认为：微电子工业的发展引发了世界第三次产业革命的浪潮，而磁电子器件的研发和产业化很有可能成为世界第四次产业革命的导火索。 首届国际磁电子器件及产业化研讨会在京召开 2021年10月21日-22日，首届国际磁电子器件及产业化研讨会（issdc2021）在北京成功召开。会议由中国船舶重工集团公司主办，国家有关部门领导出席了此次会议。 南京大学教授都有为院士、美国明尼苏达大学自旋电子实验室主任jianpingwang，英国约克大学

14、纳米技术首席教授yongbingxu、法国自旋电子中心教授clairebaraduc、日本国家材料科学研究院教授koichiroinomata，以及来自中国、美国、韩国等世界一流的磁电子材料及器件专家、学者和企业界人士近百人参加了此次会议；明尼苏达大学jackjudy院士、中科院物理所王鼎盛院士向大会表示了祝贺。 微电子材料与器件是二十世纪人类最伟大的创造之一，但是没有利用电子自旋特性。随着科学技术的发展，半导体组件的尺寸缩小到纳米级后，许多原有宏观特性将丧失，必须采用电子的自旋特性来解决半导体的尺寸效应问题。自旋电子学正是在这样的背景产生的。 自旋电子学是一门以研究纳米尺度范围内电子的自旋特

15、性为主要内容的一门交叉学科。自旋电子学，亦称磁电子学，它是磁学与微电子学相结合的产物。采用磁电子材料制造全新的或者高性能的器件，与传统半导体器件相比，具有大幅度降低能量消耗、增加集成密度和提高数据处理速度等优点。磁电子器件广泛应用于磁场感应、高速信号耦合和数据存贮等领域。 巨磁电阻效应的研究是磁电子学的一个重要内容。巨磁电阻（gmr）效应就是指在一定的磁场下电阻急剧变化的现象。2021年诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻（gmr）效应薄膜材料发现者，以表彰他们对新材料与信息技术的发展所做出的杰出贡献。 1998年美国ibm公司成功地制造出用于计算机硬盘的gmr传感器，以替代传统磁头，四年之内使计算机硬

16、盘记录密度提高了近千倍，打破了信息传输存储的瓶颈。2021年美国的摩托罗拉公司成功研制出gmr磁性随机存储器（mram），具有单位密度高、读写速度快、数据永久不丢失等特点，2021年美国nve公司研制出gmr高速耦合器，成功应用航空航天等领域，解决了光电耦合器速度低、不抗辐射等固有缺点。目前，西方发达国家以巨磁电阻（gmr）效应薄膜材料制成的各类先进磁传感器件迅速走向商品化，在民用和军事领域得到广泛应用。 美国国防部高级研究计划局（darpa）于1995年创立了一个联合企业，并拟订了一个正式的darpa计划“spintronics”（自旋电子技术）。该项计划的核心内容是应用巨磁电阻效应，开发各

17、种gmr磁传感器、gmr高速耦合器和mram非易失存储器。 近20年来，对自旋电子技术的应用开发取得了迅速的进展，已广泛应用于电子、磁信息存储、磁信息检测、电子磁罗盘、编码器等技术领域，收到明显的经济效益和社会效益。美国国家纳米技术计划（nni）于2021年7月发布了2021及未来纳米电子器件发展（nanoelectronicsfor2021andbeyond）计划，以制造革新性材料、器件、系统和结构。该计划确定了五大重点研究领域，第一个重点领域是“探索用于感应的新技术，包括电子自旋器件、磁器件和量子细胞自动机等”。 我国十多年来，在国家重大基础研究项目以及国家自然科学基金等项目的资助下，国内

18、高校与研究所从实验与理论两方面开展了自旋电子学的研究工作，在sci刊物上发表了千余篇论文，申报了近百项中国发明专利以及部分国外专利，在基础研究方面取得了一些国际上认可、有影响力的成果。 但总体上看，无论是数量还是质量，我们与发达国家还存在相当大的差距，而在产业化方面，我们目前远远落后于国外。其中，东方微磁科技公司致力于推动国内磁电子材料与器件的产业化工作，已经成功研制出高性能的巨磁电阻（gmr）传感器芯片，成品率达到95%；正在研制传输速度大于100mhz的高速磁电耦合器，将广泛应用于usb3.0优盘等it产品与通信领域。 国内外院士和专家一致认为：微电子工业的发展引发了世界第三次产业革命的浪

19、潮，而磁电子器件的研发和产业化很有可能成为世界第四次产业革命的导火索。最近，美国国家自然科学基金会（nsf）提出：“自旋电子科学的发展及应用将预示着第四次工业革命的到来”。（当地供稿） 大会名誉主席、中国船舶重工集团公司副总经理李国安致辞 美国明尼苏达大学自旋电子实验室主任王建平教授演讲 杭州电子科技大学教授钱正洪演讲 来源：人民网 第三篇：模拟电子技术教案：半导体器件模拟电子技术电子教案 授课教案 课程：模拟电子技术 任课教师： 教研室主任： 课号： 课题：电子线路课程介绍及半导体基础知识 教学目的：了解本课程的特点 掌握半导体材料的导电特性和原理掌握pn结的单向导电性 教学内容：本征半导体

20、；杂质半导体；pn结 教学重点：p型、n型半导体的特点；pn结的单向导电性。教学难点：pn结的伏安特性；pn结的电容效应。教学时数：2学时 课前提问及复习：物质导电性的决定因素。新课导入：半导体定义 特点：导电能力可控（受控于光、热、杂质等）典型半导体材料：硅si和锗ge以及砷化镓gaas等 新课介绍： 绪论 1、电子技术： 无确切定义。因为近年来它发展迅猛，分支庞杂。有种说法为“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”。 2、发展历程： 以电子器件的更新换代为标志。 电子学近百年发展史上三个重要里程碑： a、1904年电子管发明（真正进入电子时代）b、1948年晶体管问世 c、60年代

21、集成电路出现（ssi、msi、lsi、vlsi） 3、若干蓬勃发展的研究方向 a、纳米电子学：纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能b、生物电子学：生物芯片，计算机 c、单芯片系统：微型卫星和纳米卫星应用，一片单芯片系统一颗卫星 世界经济兴衰波动遵循“周期理论”，周期约为60年。电子技术的发展进程周期约40年：19051947（42年）：电子管晶体管19471987（40年）：晶体管集成电路 19872021（40年），预计纳米电子学将在21世纪上叶形成规模 4、模拟信号与数字信号比较表 第1章 第1页 共10页 模拟电子技术电子教案 项目模拟信号（analog）数字信号（digital

22、）特点波形数学电平数典型发展连续十进制无穷多个温度、压力等早、慢离散二进制有限个数字系统的信号晚、快 5、课程特点 规律性：基本电子电路的组成具有规律性；非线性：半导体器件具有非线性；工程性：即近似性，抓主要矛盾；实践性：实验和设计。 第一章 半导体器件 1.1半导体 1.1.1本征（intrinsic）半导体 1、定义： 纯净无掺杂的半导体。 2、本征半导体的载流子： 本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 并且自由电子与空穴是成对产生的，因此在本征半导体中这两种载流子的浓度的相等的。其载流子浓度取决于激发程度。 3、本征半导体缺点：（1）、电子浓度=空穴浓度； （2）、载流子

23、少，导电性差，温度稳定性差。 1.1.2杂质半导体 1、n型半导体： 在本征半导体中掺入+5价的施主杂质，如磷等，得到多子为自由电子的杂质半导体，称为n型半导体。 其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。 2、p型半导体： 在本征半导体中掺入+3价的受主杂质，如铟等，得到多子为空穴的杂质半导体，称为p型 第1章 第2页 共10页 模拟电子技术电子教案 半导体。其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。 1.1.3pn结 1、pn结的形成： 两种载流子的两种运动动态平衡时形成pn结。 两种运动。扩散（浓度差）、漂移（自建电场力），当多子扩散和少子漂移达到动态平衡，形

24、成pn结。 pn结又称空间电荷区、耗尽层、内电场。 2、单向导电性： pn结正偏时导通（大电流），pn结反偏时截止（小电流）。 3、pn结的伏安特性： 分为正向特性、反向特性及击穿特性。 4、pn结的电容效应： 表现为。势垒电容cb（barrier）、扩散电容cd（diffusion）。 课堂小结： 本征半导体的材料构成、特点 杂质半导体的材料构成、特点，与本征半导体的区别pn结的构成及伏安特性，单向导电性 作业布置： 思考题。pn结的单向导电性。 第1章 第3页 共10页 模拟电子技术电子教案 授课教案 课程：模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：课号： 课题：半导体二极管 教学目的：掌握半

25、导体二极管的几种常见结构 掌握半导体二极管的主要参数和单向导电性掌握稳压管的特性和主要参数 教学内容：半导体二极管的结构 半导体二极管的伏安特性、主要参数 二极管的等效电路 稳压管的特性和主要参数教学重点：二极管的单向导电特性教学难点：二极管的灵活应用教学时数：2学时 课前提问及复习：pn结的形成 pn结的单向导电性 新课导入：由pn结构成的半导体二极管的结构 二极管的伏安特性 二极管的主要参数，等效电路 利用二极管反向击穿特性制成稳压管 新课介绍： 1.2半导体二极管 将pn结加外壳和电极引线就构成半导体二极管1.2.1结构类型和符号 类型：点接触型、面接触型和平面1.2.2伏安特性 一、二

26、极管和pn结伏安特性的区别 与pn结相似，二极管具有单向导电性。（1）pn结外加正向电压，二极管导通。（2）pn结外加反向电压，二极管截止。 由于半导体体电阻和引线电阻的作用，与pn结比较，二极管外加正向电压时，正向电流，偏小，外加反向电压时，反向饱和电流偏大。 二极管经常应用于以下场合。（1）整流。（2）限幅。（3）逻辑（二极管逻辑）。 1.2.3主要参数 第1章 第4页 共10页 模拟电子技术电子教案 （1）if最大整流电流 （2）vbr反向击穿电压 （3）ir（is）反向饱和电流 （4）rd动态电阻1.2.4二极管的等效电路 定义。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路。 一、由伏

27、安特性折线化得到的等效电路 理想二极管。二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零。 二、二极管的微变等效电路1.2.5稳压二极管 稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。 一、稳压管的伏安特性 应用在反向击穿区（雪崩击穿和齐纳击穿） 二、稳压管的主要参数 （1）、稳定电压uz （2）、稳定电流iz izminizmax、额定功耗 （3） pzm、动态电阻rz （4）（5）、温度系数 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用：限流保护 误差调节1.2.6特殊二极管 一、发光二极管 二、光电二极管 课堂小结：半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的主

28、要参数 二极管的等效电路 稳压管的特性和主要参数思考问题： 如何用万用表判断二极管的好与坏、测试二极管的p、n极。 作业布置： 1.4 1.5 1.9 第1章 第5页 共10页 模拟电子技术电子教案 授课教案 课程：模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：课号： 课题：双极型晶体管教学目的：掌握常用晶体管的基本工作原理 掌握晶体管的特性、主要参数能够合理选择，正确使用晶体管。 教学内容：晶体管的结构及类型 晶体管的电流放大作用、电流放大系数 晶体管的共射特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性及参数的影响 光电三极管 教学重点：三极管工作在放大区的条件和特点教学难点：三极管工作区的判断教学时

29、数：2学时 课前提问及复习：pn结的形成 pn结所具有的单向导电性稳压二极管 新课导入：半导体三极管工作原理 半导体三极管的特性曲线 新课介绍： 1.3半导体三极管 1.3.1晶体管的结构与类型： 在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个pn结，构成晶体管。 这三个区域分别称基区、集电区、发射区。 对应的电极分别为。基极b、集电极c、发射极e。 两种类型：npn和pnp1.3.2晶体管的电流放大（控制）作用 共射放大电路。发射极是输入、输出回路的公共端。 晶体管工作在放大状态的外部条件。发射结正向偏置，且集电结反向偏置。 一、晶体管内部载流子的运动 1、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极

30、电流ie。 2、扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流ib。 3、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流ic。 第1章 第6页 共10页 模拟电子技术电子教案 二、晶体管的电流分配关系 从外部看：ie=ic+ib 三、晶体管的共射电流放大系数 ：共射电流放大系数（支流放大系数和交流放大系数近似相等）ic=ib1.3.3特性曲线 描述晶体管各电极之间电压、电流的关系。 一、输入特性曲线： 方程：ib=f（vbe）vce=const 与pn结的伏安特性相类似，呈指数关系 二、输出特性曲线： 方程：ic=f（vce）ib=const 有三个工作区域： 1、截止区 发射结电压小于开启电压u

31、on且集电结 反向偏置。此时，可以认为ic=0。 2、放大区 发射结正向偏置且集电结反向偏置。此时 ic几乎取决于ib，与uce无关，表现出ib对ic的控制作用。 3、饱和区 发射结与集电结均处于正向偏置，此时ic不仅与ib有关，而且明显随uce增大而增大。对于小功率管，可以认为当uce=ube时，晶体管处于临界饱和（临界放大）状态。 1.3.4晶体管的主要参数 一、直流参数 1、共射直流电流放大系数 2、共基直流电流放大系数 3、极间反向电流 二、交流参数 1、共射交流电流放大系数 2、共基交流电流放大系数 3、特征频率 三、极限参数 1、最大集电极耗散功率pcm 2、最大集电极电流icm

32、3、极间反向击穿电压 第1章 第7页 共10页 模拟电子技术电子教案 由pcm、icm和v（br）ceo在输出特性曲线上可以确定三区：过流区、过损区、过压区。 1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对icbo的影响 温度每升高10度，icbo增加约一倍。 二、温度对输入特性的影响 温度升高，ib增大。 三、温度对输出特性的影响 温度升高，iceo、增大。 1.3.6光电三极管 光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小。 课堂小结：晶体管的结构及类型 晶体管的电流放大系数 晶体管的共射特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性及参数的影响 思考题。如何用万用表判断三极管的三个管

33、脚及好坏。 作业布置： 1.161.171.18 第1章 第8页 共10页 模拟电子技术电子教案 授课教案 课程：模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：课号： 课题：场效应管 教学目的：熟练掌握结型场效应管、绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数教学内容：结型场效应管的形成原理和特性参数 绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数 教学重点：场效应管的工作原理教学难点：场效应管的恒流区工伯原理教学时数：2学时 课前提问及复习：半导体三极管的工作原理 半导体三极管的特性曲线 新课导入：结型场效应管的构造原理和特性参数 绝缘栅型场效应管的构造原理及应用场合 新课介绍： 概念：场效应管是利用输入回路的电场效

34、应来控制输出回路电流的一种半导体器件。按结构分有两类：结型、绝缘栅型1.4.1结型场效应管 栅极g 漏极d 源极s导电沟道 一、结型场效应管的工作原理 1、当uds=0时，ugs对导电沟道的控制作用。 2、当uds为ugs（off）0中某一固定值时，uds对漏极电流id的影响。 3、当ugdugs（off）时，ugs对id的控制作用。低频跨导gm 二、结型场效应管的特性曲线 1、输出特性曲线 场效应管有三个工作区域：可变电阻区、恒流区、夹断区 2、转移特性 1.4.2绝缘栅型场效应管 特点。绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用sio2绝缘层隔离。 具有四种类型。n沟道增强型管、n

35、沟道耗尽型管、p沟道增强型管、p沟道耗尽型管。 第1章 第9页 共10页 模拟电子技术电子教案 一、n沟道增强型管 1、工作原理 开启电压ugs（th） 2、特性曲线与电流方程 二、n沟道耗尽型管 在sio2绝缘层中掺入大量正离子，便可得到耗尽型管。 其符号如图所示： 页所示场效应管的符号及特性 1.4.场效应管的主要参数 一、直流参数 开启电压ugs（th）、夹断电压ugs（off）、饱和漏极电流、直流输入电阻（） 二、交流参数 低频跨导gm、极间电容、 三、极限参数 最大漏极电流、击穿电压、最大耗散功率1.4.场效应管与晶体管的比较： 1、场效应管输入电阻高。 2、场效应管的温度稳定性更好

36、。 3、场效应管的噪声系数小。 4、场效应管的漏极和源极可以互换使用。 5、场效应管的种类更多。课堂小结。 结型场效应管的构造原理和特性参数绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数 作业布置： 1.23 第1章 第10页 共10页 第四篇：光电子材料与器件光电子材料与器件 绪论 1例举信息技术与光电子技术所涵盖的几大方面： 信息技术主要包括信息的产生、传输、获取、存储、显示、处理等六大方面；与之相对应的光电子技术主要包括光的产生与转化、光传输、光探测、光存储、光显示、光信息处理。2简述光电子技术的定义及其特征：光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物

37、质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。 光电子技术的特征。光源激光化、传输波导（光纤）化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化。 3简述信息技术的发展趋势及各阶段的主要特点：第一阶段电子信息技术 其特征是：信息的载体是电子；半导体，计算机等 第二阶段光电子信息技术 其特征是：光子技术和电子技术相结合；激光器，光纤等第三阶段光子信息技术 其特征是：以光子作为信息的载体；全光通信，光计算机等4简述光子传递信息的特点： （1）极快的响应时间，可用于超高速、宽带通信（2）传输信息容量大 （3）信息传输过程中失真小（4）高抗干扰、高可靠性 （5）光储存具有储存量大、速度快、密

38、度高、误码率低的优点总之，超高速、抗干扰、大容量、高可靠性是光子技术的特点。 太阳能电池 1、举例说明太阳能利用的优缺点 优点：普遍（不受地域及技术条件限制，无需开采和运输）j 洁净（不产生废渣、废水、废气，无噪声，不影响生态） j 巨大（1.681024cal/年，相当于20万亿吨标准煤燃烧的热量） 缺点：能流密度低（1kw/m2，需要相当大的采光集热面才能满足使用要求） j 不稳定（受时间，天气影响明显） 大规模使用的成本和技术难度均很高（515倍） 2、例举太阳能电池发展史中的里程碑事件 1839年法国科学家e.becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象） 1954年美国贝尔

39、实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳电池发展史上起到里程碑的作用 3、光电效应包括哪几类。举出每类的代表性器件 光电效应（photoelectriceffect）：物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。根据电子吸收光子能量后的不同行为，光电效应可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。金属 其主要应用有光电管和光电倍增管。内光电效应。光照射到半导体材料上激发出电子-空穴对而使半导体产生了电效应。内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。半导体 光电导效应是指光照射下半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态

40、过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。其应用为光敏电阻。本征或掺杂半导体 光生伏特效应是指光照射下物体内产生一定方向的电动势的现象。其应用主要有光伏电池（太阳能电池）、光（电）敏二极管、光（电）敏三极管等。pn结半导体 4、简述太阳能电池的光能-电能转化原理 当光照射p-n结上时，如果入射电子的能量大于半导体材料的禁带宽度（eg），就会在半导体内产生大量的自由载流子-空穴和电子。它们在p-n结内建电场的作用下，空穴往p-区移动，使p-区获得附加正电荷；而电子往n-型区移动，n-区获得负电荷，产生一个光生电动势，这就是光伏效应（光生伏打效应）。当用导线连接p-型区和n-型区时，就会形成电流.

41、 5、说明太阳能电池结构中金属梳状电极以及sio2保护薄膜的作用 金属梳状电极：一方面金属收集载流子，要比半导体有效；另一方面梳状不会完全的阻挡阳光，增加了光的入射面积； sio2保护膜：硅表面非常光亮，制作者给它涂上了一层反射系数非常小的sio2保护膜（减反层），将反射损失减小到5甚至更小； 6、简述发光二极管、太阳能电池以及光电二极管工作原理的异同太阳能电池和光电二极管都是基于光伏效应的光电器件。其主要区别在于：光伏电池在零偏置下工作，而光电二极管在反向偏置下工作光伏电池的掺杂浓度较高1016-19从而具有较强的光伏效应，而光电二极管掺杂浓度较低1012-13光伏电池的电阻率较低0.1-0

42、.01/cm，而光电二极管则为1000/cm光伏电池的光敏面积要比光电二极管大得多，因此光电二极管的光电流小得多，一般在ua级。 发光二极管。lightemittingdiode，在电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，空穴和电子在发光层中相遇、复合形成激子，激子经过驰豫、扩散、迁移等过程复合而产生光子。 7、推导理想光电池最大输出功率公式 8、画出理想太阳电池的等效电路，写出通过负载电阻的电流公式，开路电压及短路电流公式。 9、太阳能电池按材料分分哪几类。例举各类型中有代表性的太阳能电池。 10、简述太阳能电池的应用能够解决人类社会发展在能源和环境方面的三个主要问题，并逐一举例说明。

43、开发宇宙空间所需要的连续不断的能源：太阳电池非常适合空间应用，因为它不消耗燃料，不消耗自身、不排放废物，目前通信卫星、空间探测器、空间站等都广泛采用太阳电池。地面一次能源（天然能源）的获得，解决矿物燃料短缺与环境污染问题：目前最重要的地面应用为并网发电，包括城市与建筑结合得并网光伏发电系统（bipv）和大型荒漠光伏发电站.目前60%的太阳电池用于并网发电系统，主要用于城市.日益发展的消费电子产业所需要的电力供应：太阳电池也作为小功率电源使用，如太阳路灯、庭院灯、草坪灯、太阳能喷泉、太阳能城市景观、太阳能信号标识、太阳能广告灯箱、太阳能充电器、太阳能钟、太阳能计算器、汽车换气扇、太阳能汽车、太阳

44、能游艇等。 光通信 1、从通信波长、传输速率、中继距离等方面说明各代光纤通信系统的主要特点。光纤通信：以光波作为载波；以光纤作为传输媒介1.频率高、频带宽、容量大2.损耗小，中继距离长3.保密性能好4.抗干扰能力强 5.原料丰富、成本低、重量轻、寿命长 6.耐高温、耐高压、抗腐蚀、性能稳定、可靠性高 2、光纤通信的主要优点有哪些。 3、光纤通信系统的主要组成部分。 光纤通信系统一般由电端机（收发）、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆等组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器adm等。 4、分别计算光信号在衰减系数为0.2db/

45、km、20db/km与1000db/km的光纤通信系统传输1km，5km以及20km距离后输出光功率与输入光功率的比值。 5、分别计算光信号在衰减系数为0.2db/km、20db/km与1000db/km的光纤通信系统中传输时，光功率衰减一半所需要的传输距离。 6、简述光纤通信发展所经历的三次技术飞跃。 20世纪60年代。1962年第一台半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与hockham提出用玻璃可以制成衰减为20db/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20db/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。 20世纪

46、70年代。1970年发明了ld的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5db/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器edfa的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。edfa的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。 7、光纤通信常用的低损耗窗口有哪些。它们的最低损耗系数分别是

47、多少。光纤通信常用的三个低损耗窗口： 0.85jm：2db/km、1.31jm：0.5db/km、1.55jm：0.2db/km 1、计算n1=1.52，n2=1.51的阶跃光纤在空气（n0=1）中的数值孔径，对于这种光纤来讲，最大入射角是多大。 22 0i12 2、设光纤的纤芯半径为25um，折射率n1=1.46，n2=1.45，光纤的工作波长为0.85um，求归一化频率及传播模式数。如果工作波长为1.3um，传播模式数为多少。 3、当工作波长=1.31m，某光纤的损耗为0.5db/km，如果最初射入光纤的光功率是0.5mw，试问经过40km以后，输出光功率。 4、一光信号在光纤中传输，入射

48、光功率为200w，经过1km传输功率变为100w，又传输一段距离后功率变为25w，问后一段距离为多少。 5、影响光纤通信传输损耗的因素主要有哪些。目前有几个通信窗口。为什么光纤通信要向na=nsinq=n-n1.55um的长波方向发展。 包括本征吸收、杂质吸收、原子缺陷三种。 影响较大的是在1. 39、1. 24、0.95、0.72jm，峰之间的低损耗区0.85， 1.30， 1.55jm构成了光纤通信的三个窗口。 光探测 1.简述光电效应与光热效应的区别。 光电（光子）效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子内部电子状态的改变，光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。对光波频率表现出选择

49、性，响应速度一般比较快（nsus）。 光热效应。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。一般对光波频率没有选择性，响应速度比较慢（ms）。 2.光电探测器中的常见噪声有哪些。简述它们产生的原因。 热噪声。或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。 散粒噪声：也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。光电探测器的研究表明：散粒噪声是主要的噪声来源。 半导体受光照，载流子不断产生复合。在平衡状态时，在载流子产生和复合的平均数是一定

50、的，但在某一瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，这种起伏导致载流子浓度的起伏，由这种起伏引起的噪声产生复合噪声。 1/f噪声。或称闪烁噪声或低频噪声。由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲称为1/f噪声。 3.根据量子效率的定义推导量子效应与电流响应度之间的关系。 4.光电倍增管由哪几部分组成。简述每部分的作用。 光入射窗。光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。 光电阴极：光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为：金属材料、

51、半导体材料。 电子光学系统：（1）使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比； （2）使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。二次发射倍增系统：倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。阳极：阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。 5.某光电倍增管具有5级倍增系统，倍增系数（二次发射系数）=100。如果用=488nm，光功率p=1

52、0-8w的紫光照射倍增管的光电阴极，假设光电阴极的量子效率为10%，试计算收集阳极处短路电流强度。（h=6.6310-34js，e=1.60210-19c，c=3.0108m/s） nn解： -8-9 5-19 -348 1、简述pn结的形成过程以及pn型光电二极管的工作原理。 当光照射到光电二极管的光敏面上时，能量大于或等于带隙能量eg的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上（受激吸收），产生电子-空穴对（称为光生载流子）。电子-空穴对在反向偏置的外电场作用下立即分开并在结区中向两端流动，从而在外电路中形成电流（光电流）。 2、比较pin型以及apd型光电二极管与pn型光电二极管的异同。 pin光电二极管是在掺杂浓度很高的p型、n型半导体之间，加一层轻掺杂的n型材料，称为i（intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，