電子學I+隨堂講義 第2章(學生用本)

1. 第 2 回 2-1~2-5 5
第 2 回 2-1~2-5
第 1 部分 重點整理
1. 目前地球上所發現元素的結構都是由 原子核 和 電子 所組成。
2. 原子核內部主要由 質子 和 中子 組成。
3. 原子內部電子排列是由內往外，依序以 K、 L 、M、N、O、P、Q 等七層
軌道繞著 原子核 為中心運轉，且每一層的電子最大容量為 2n2
，n 表示能
層數。
4. 目前最主要的半導體材料是 矽 與 鍺 ，其最外層的電子數目都是 4 個。
5. 在純半導體中，結晶體受到熱能的關係，會致使部分共價鍵破裂，而產生的自
由電子及電洞，則稱為 電子電洞 對。
6. 價電子受熱能作用而脫離原來共價鍵結構，所留下的空位，稱為 電洞 。
7. 本質半導體在絕對零度 0K(－273°C)時，沒有任何電子或電洞存在，可視為
絕緣 體。
8. 在純矽晶體中，欲使電子由共價鍵釋放出來而成自由電子，至少需要 1.1 eV
的能量。
9. 在純鍺晶體中，欲使電子由共價鍵釋放出來而成自由電子，至少需要 0.7 eV
的能量。
10. 在半導體材料之導電特性中，鍺質比矽質較 易 導電。
11. 以砷化鎵為材料的電晶體比矽材料的電晶體，能在較高頻率下使用，主要原因
是 移動率 較快。
12. 在本質半導體中，以本質元素對雜質元素比為 108
：1 之比例關係，摻雜正三
價雜質元素（受體），使得 電洞 數目增加，其所形成半導體結構，稱為 P
型 半導體。
13. 受體是指正三價的元素，一般常見的受體雜質元素有 硼 、鋁、鎵、銦。
14. 在 P 型半導體中，其多數載子是 電洞 ，少數載子是 電子 。
15. 在 P 型半導體中，傳導電流的主要載子是 電洞 。
16. 在本質半導體中，以本質元素對雜質元素比為 108
：1 之比例關係，摻雜正五
價雜質元素（施體），使得 電子 數目增加，其所形成半導體結構，稱為 N
型 半導體。
17. 施體是指正五價的元素，一般常見的施體雜質元素有 磷 、砷、銻。
18. 在 N 型半導體中，其多數載子是 電子 ，少數載子是 電洞 。
19. 在 N 型半導體中，傳導電流的主要載子是 電子 。

2. 6 第 2 回 2-1~2-5
20. 在熱平衡下，自由負電荷濃度 np 和正電荷濃度 pp 之乘積為定值（nppp＝ni
2
），
且與摻入的 雜質 無關。
21. 本質或外質（P 型和 N 型）半導體在帶電性方面是 中性 ，但導電性方面則
會隨溫度的上升而 增加 。
22. PN 接合面處相結合瞬間，N 型側內區域會形成 正離子 ，P 型側內區域會
形成 負離子 ，而整個區域內沒有電子、電洞存在，稱為 空乏 區。
23. PN 接面處正、負離子所形成的電場效應，稱為 障壁 電壓，在常溫時，矽
約為 0.7 V，鍺約為 0.3 V。
24. 二極體在順向偏壓時（P 端接 正極 、N 端接 負極 ），空乏區寬度會 變
小 。
25. 二極體在逆向偏壓時（P 端接 負極 、N 端接 正極 ），空乏區寬度會 變
大 。
26. 二極體在逆向偏壓工作時，由於位障增高，致使多數載子通過接合面不易，只
有 少數 載子流動所形成的漏電流，稱為逆向飽和電流 Is。
27. 逆向飽和電流 Is
(1) 鍺質二極體的逆向飽和電流值（μA）要遠比矽質二極體逆向飽和電流值
（nA） 大 ，二項材料 Is 相比約差 1000 倍左右。
(2) 逆向飽和電流 Is 值主要是與 材料 和 溫度 有關，但與 逆向 偏壓
幾乎無關。
28. 二極體在順向偏壓時，其電流值是隨電壓呈 指數 方式遞增。
ID＝Is 
D
T
V
V
e 1
（ ）
29. 溫度的變化，會致使二極體兩端的 障壁 電壓與 漏電 電流產生變化。
30. 二極體內部的逆向飽和電流 Is 會隨溫度每上升 10 °C 其 Is 電流值增加 1 倍。
Is(t2
)＝Is(t1
)
2 1t t
10
2


31. 二極體順向電壓值會隨溫度上升而 降低 ，其中鍺質二極體的電壓降低率約
為 －1 mV/°C，矽質二極體電壓降低率約為 －2.5 mV/°C。
32. 當二極體施加於逆向偏壓時，電容量主要為 過渡 電容 CT，且此電容值與
逆向偏壓成 反比 。
33. 當二極體施加於順向偏壓時，電容量主要為 擴散 電容 CD，且此電容值與
順向電流成 正比 。
34. 空乏區深入接面 PN 兩端的深度，主要是由其摻入的 雜質 濃度決定，當摻
入濃度愈大者，其深入的深度愈淺；反之，則深度愈深。

3. 第 2 回 2-1~2-5 7
35. 二極體內部動態電阻（或交流電阻）與順向電流成 反比 。
動態交流電阻 rd＝ T
D
V
I

。
第 2 部分 隨堂練習（題目前有「＊」者，請見書末解析）
一、選擇題
＊（ D ） 1. 在矽本質半導體中摻雜磷雜質，則所得材料之多數載子為 (A)電洞
(B)中子 (C)質子 (D)電子。
（ B ） 2. 在 N 型半導體中，傳導電流的載子主要是 (A)中子 (B)電子 (C)
電洞 (D)分子。
（ A ） 3. 下列何者不是二極體材料？ (A)雲母 (B)鍺 (C)矽 (D)砷化鎵。
（ B ） 4. 下列有關 PN 二極體產生障壁電壓的原因，何者正確？ (A)P 型半導
體自然產生 (B)PN 接合時自然產生 (C)N 型半導體自然產生 (D)
加偏壓後自然產生。
（ D ） 5. 一般 PN 二極體逆向飽和電流的特性為溫度增高 10℃，則其值將增加
為 (A)5 (B)4 (C)3 (D)2 倍。
（ B ） 6. 在室溫下，未加偏壓之 PN 二極體在 PN 接面附近的狀況為 (A)P 型
半導體帶正電，N 型半導體帶負電 (B)P 型半導體帶負電，N 型半
導體帶正電 (C) P 型及 N 型半導體皆不帶電 (D)P 型及 N 型半導
體所帶之電性不固定。
（ C ） 7. P 型矽質半導體中主要電荷載子是電洞，其傳導電流時 (A)只有電
子傳導 (B)只有電洞傳導 (C)電子、電洞都有傳導 (D)不是電子
也不是電洞傳導。
＊（ B ） 8. 在本質半導體中，摻入下列何項雜質元素，即可成為 N 型半導體？
(A)硼 (B)砷 (C)鎵 (D)銦。
（ C ） 9. 一原子失去電子後，經游離將變成 (A)不帶電 (B)帶負電的離子
(C)帶正電的離子 (D)可能帶正電亦可能帶負電。
＊（ D ）10. 如圖所示，為典型二極體之電流 ID 對電壓 VD
在三種不同溫度下之特性曲線，則下列何者正
確 ？ (A)T1 ＞ T2 ＞ T0 (B)T0 ＞ T1 ＞ T2
(C)T2＞T0＞T1 (D)T2＞T1＞T0。
（ C ）11. 在N型半導體中，其傳導電流的載子主要是 (A)原子 (B)離子 (C)
電子 (D)電洞。

4. 8 第 2 回 2-1~2-5
＊（ C ）12. 下列有關半導體敘述，何者正確？ (A)N 層軌道上可容納最多的電
子數是 18 個 (B)半導體內的電荷傳導主要是靠擴散方式 (C)半導
體材料的電阻係數會隨溫度的上升而下降 (D)在本質半導體內的多
數載子是電子，少數載子是電洞。
（ D ）13. 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 (A)有
電子流，也有電洞流 (B)有電子流，但沒有電洞流 (C)沒有電子
流，但有電洞流 (D)沒有電子流，也沒有電洞流。
（ C ）14. 在矽晶體中，欲使電子由共價鍵釋放出來，至少需要約多少能量？
(A)0.45 (B)0.72 (C)1.1 (D)1.8 eV。
（ C ）15. 在 P 型半導體中，其傳導電流的少數載子為 (A)原子 (B)離子 (C)
電子 (D)電洞。
（ A ）16. 二極體的空乏區域隨著逆偏電壓的增加，產生何種變化？ (A)增加
(B)減少 (C)不變 (D)先減後增。
（ B ）17. 下列有關在純矽晶體中，摻入施體雜質後的特性敘述，何者錯誤？
(A)電子數目增加 (B)硼元素可作為施體雜質 (C)導電率提升 (D)
矽晶體會成為 N 型。
（ B ）18. 在鍺晶體中，欲使電子由共價鍵釋放出來，至少需要約多少能量？
(A)0.45 (B)0.72 (C)1.1 (D)1.8 eV。
（ A ）19. 在 PN 二極體中，較容易產生電子流的方向是 (A)由 N 型至 P 型區
(B)由 P 型至 N 型區 (C)兩方向都很容易 (D)兩方向都很難。
＊（ D ）20. 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？
(A)磷 (B)鋅 (C)錳 (D)硼。
＊（ B ）21. 下列關於價電子與自由電子的敘述，何者錯誤？ (A)價電子位於原
子核最外層軌道 (B)價電子成為自由電子會釋放熱能 (C)自由電
子位於傳導帶 (D)價電子脫離原來的軌道所留下之空缺，稱為電洞。
＊（ A ）22. 下列敘述，何者錯誤？ (A)矽和鍺的原子序皆為 14 (B)矽質二極體
的障壁電壓約為 0.7V (C)鍺質二極體的障壁電壓約為 0.3V (D)矽
和鍺皆為四價元素。
（ B ）23. 已知一般 PN 二極體之逆向飽和電流為 Is，順向電壓為 VD，則流過
二極體順向電流 I 為 (A)I＝
D
T
V
V
e
(B)I＝Is
D
T
V
V
e 1
 （ ） (C)I＝
D
T
V
V
e
－1 (D)I＝Is
DV
11600T
e 1 （ ）。

5. 第 2 回 2-1~2-5 9
（ A ）24. 在 N 型半導體中，電洞的濃度會隨溫度的升高而產生何種變化？
(A)增加 (B)減少 (C)先增後減 (D)不變。
＊（ C ）25. 由於矽質二極體比鍺質二極體的切入電壓大 0.4V，因此鍺質二極體
大 於 矽 質 二 極 體 的 逆 向 飽 和 電 流 的 倍 數 為 (A)100 (B)500
(C)1000 (D)2000 倍。
二、計算題
1. 有一純矽晶體本質濃度 ni 為 1.51013
cm
－3
，密度為 51022
cm
－3
，若以每 108
個矽原子比例加入一個施體雜質，試求此半導體內部電洞濃度。
答：n
2. 有一矽質 PN 二極體在室溫 25°C 時，其順向電壓值 VD＝0.7V，若將周圍溫度
調高，試求此溫度應上升到多少°C 時，其順向電壓才會變為 0.4V？
答：矽質 VD 下降率為 2.5mV/°C

6. 10 第 2 回 2-1~2-5
3. 有一鍺質二極體電路，假設在室溫時的交流電阻為 5Ω，且當時二極體 ηVT＝
25mV，試求此時流經二極體的直流電流。
答：rd＝
4. 有一鍺質二極體在室溫 25°C 時之障壁電壓為 0.3V，試求室溫在 65°C 時之障
壁電壓。
答：VD(65°C)＝0.3－1
20°C 時之逆向飽和電流為 5nA，若將溫度上升至 50°C 時，試求此時二極體內部
之逆向飽和電流。
答：