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半导体器件物理课后习题解答--第1页

半导体器件物理课后作业

第二章

对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变

容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器

件，简述它们的工作原理和应用场合。

解：

发光二极管

它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写

为LED。

工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当

给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在

PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半

导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同

的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。

应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、

彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。

光电二极管

光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，

也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电

传感器件。

工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光

电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量

小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的，

没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，

把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光

生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强

度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，

所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信

号随着光的变化而相应变化。

光电二极管有多种类型，用途也不尽相同，主要有以下几种：

PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。

用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相

机曝光计。

PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应

用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真

发射键型特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体

用途：主要用于紫外线等短波光的检测

雪崩型特性：响应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光

用途：高速光通信、高速光检测

隧道二极管

隧道二极管（TunnelDiode）又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量

的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半

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导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。

工作原理：隧道二极管的工作符合发生隧道效应具备的三个条件：①费米能级位于导带

和满带内；②空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米以下）；③简并半导体P型区和N型区中