电子科学与技术概论.docx
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电子科学与技术概论
电子科学与技术专业概论
1-2电子科学与技术专业的课程体系 4
1列举三个电子学重大发明及其应用。
4
2电子科学与技术的专业体系由哪四部分构成？
4
3简述电子科学与技术专业的专业知识链。
4
2-1真空和气体中电子的产生与运动 5
1简述运流电流与传导电流的区别：
5
2简述导带、价带、禁带中电子的运动状态 5
3简述金属、半导体和绝缘体的导电特性。
5
4.简述固体材料功函数的定义。
5
5.电子从固体表面向真空发射有哪3种常用方式？
5
6简述气体电离的4种典型机制。
6
7电子在气体中的迁移率和扩散系数与哪些因素有关？
关系如何？
6
8气体的电导率与哪些因素有关？
关系如何？
7
9简述爱因斯坦关系式及应用：
7
2-2固体中电子的产生与运动 7
1简述固体的三种形态：
7
2晶体的三种基本结合方式：
金属晶体，离子晶体，共价晶体 7
3简述倒带，价带，禁带的定义 8
4在半导体中产生载流子的三种常用方式：
8
5简述施主能级、施主电离能、受主能级和受主电离能的定义 8
6简述半导体中少子和多子的定义 8
7简述半导体中载流子和电离杂质的区别 8
8费米能级的物理含义及应用 9
9本征半导体、轻掺杂半导体、重掺杂半导体的定义 9
10半导体电导率与哪些因素有关?
关系如何？
9
3-1电子和光电子材料制备技术 9
1制备体单晶材料的两种办法 9
2化学气相沉积制备薄膜的三种办法，哪种办法可以制备单晶薄膜 9
3给出化物理相沉积制备薄膜的三种办法，哪种办法可以制备单晶薄膜 9
4简述反应性溅射制备薄膜的基本方法 9
3-2电子和光电子材料表征技术 10
1电子束入射固体表面会产生哪些次级粒子或辐射?
10
2离子束入射固体表面会产生哪些次级粒子或辐射?
10
3给出表征材料微观结构的两种方法 10
4给出表征材料表面形貌的两种方法 10
5给出表征材料表面化学成分的两种方法 10
6TEM工作在亮场成像模式时，哪些区域图像较亮？
哪些区域图像较暗？
10
7TEM工作在暗场成像模式时，哪些区域图像较亮？
哪些区域图像较暗？
10
8简述特征X射线、X射线光电子和俄歇电子的产生原理 10
4-1电子和光电子器件基本加工技术 11
1给出硅衬底氧化的2种方法 11
2给出硅掺杂的2种方法 11
3给出薄膜刻蚀的2种方法 11
4简述正性光刻胶和负性光刻胶 11
5简述光刻加工微细图形的6个基本步骤 11
4-2电子和光电子器件封装技术 11
1给出芯片级引线封装的2种方式。
11
2周边引线封装有何缺点？
12
3面阵列封装有何优点？
12
5-1信号的定义与分类 12
1按照信号处理方式可把电子系统分为哪几类？
12
2简述模拟信号与持续时间信号之间的关系 12
3简述采样信号与离散时间信号之间的关系 12
4简述采样信号与数字信号的区别 12
5给出以分贝为单位时功率增益和功率相对值的定义 12
6给出以分贝为单位时电压增益和电压相对值的定义 13
7简述传感器和驱动器的定义 13
8简述现实世界中的6大类型信号 13
5-2信号的放大与滤波 13
1电子放大器的本质含义是什么？
13
2根据信号放大类型，小信号放大器分为哪几种类型？
13
3功率放大器有哪几种类型？
13
4功率放大器中哪些工作在线性放大模式？
哪些工作在开关模式？
13
5根据频率选择方式，滤波器分为哪几种类型？
14
6-1半导体器件基本概念 14
1半导体器件有哪几种类型：
14
2在能带图中，电子和空穴分别是沿哪个方向的：
14
3当半导体中存在电势分布时，能带是如何弯曲的：
14
4热平衡条件下，pn结耗尽区中内建电场指向那个方向：
14
5在正向偏压下，流过pn结的净电流是多子还是少子？
在反向偏压下，流过pn结的净电流是多子还是少子？
14
6金属与轻掺杂n型半导体形成肖特基接触，试从能带弯曲出发解释其单方向导电特性。
14
7金属与重掺杂nn型半导体形成欧姆接触，试从能带弯曲出发解释其双方向导电特性。
15
8齐纳二极管的反向电流是如何形成的？
15
9耗尽型MOS型器件与增强型MOS器件在结构上有何区别？
15
6-2微电子器件与集成电路 15
1CMOS器件有哪些优点？
15
2根据信号处理方式，集成电路分哪几种类型？
16
3.根据制作方式，集成电路分哪几种类型？
16
4TCAD软件的功能是什么？
16
5spice软件的功能是什么？
16
6数字电路硬件描述语言HDL主要有哪两种？
16
7简述数字集成电路的4个主要步骤 16
8简述集成电路的3个主要发展方向 16
6-3射频/微波器件与无线通信 17
1分别给出射频、微波和太赫兹波的频率范围 17
2微波器件分为哪几种类型 17
3简述隧道二极管的负阻形成条件 17
4简述隧道二极管的负阻形成机理 17
5对于微波放大器件，随着频率的提高，功率是增大还是减小?
> 17
6HEMT器件中的二维电子气是在掺杂半导体层还是非掺杂半导体层？
17
6-4光电子器件及应用 18
1光电子器件有哪几种类型？
18
2给出3种光电转换器件，并说明基本原理？
18
3简述光电二极管的基本原理 18
4PIN型光电二极管的优点 18
5发光二级管为何要采用异质结构?
18
6发光二极管中的缓冲层起何作用：
18
7LED实现白光的方法主要有三种：
18
8彩色重现两种基本方式 18
9简述液晶显示的基本原理 19
10简述等离子显示的基本原理 19
11给出OLED显示实现彩色的3种基本方式 19
1-2电子科学与技术专业的课程体系
1列举三个电子学重大发明及其应用。
真空三极管，是世界上第一种可放大信号的电子器件
隧道二极管，是可以高速切换的半导体器件
浮栅MOSFET，广泛应用于非挥发半导体存储器
2电子科学与技术的专业体系由哪四部分构成？
由理论，器件，电路和系统构成。
3简述电子科学与技术专业的专业知识链。
由原理构成上游，包括物理原理，材料原理和制造原理。
器件构成中游，包括微电子器件，射频/微波器件和光电子器件。
电路与系统构成下游，即利用器件及其集成实现具有各种信号处理功能的电路与系统。
2-1真空和气体中电子的产生与运动
1简述运流电流与传导电流的区别：
运流电流描述电荷在自由空间中的运动，其电荷密度和运动速度由电场和磁场控制，不遵循欧姆定律，传导电流描述电荷在电媒质中的运动，依赖于媒质的电导率和媒质中的电场强度，遵循欧姆定律。
2简述导带、价带、禁带中电子的运动状态
在导带范围内可存在电子且电子能够自由移动。
在价带范围内充满电子，但电子不能自由移动。
在禁带范围内不允许存在电子。
3简述金属、半导体和绝缘体的导电特性。
（1）金属：
导带与价带重叠，存在自由移动的电子，能够传导电流，随着
温度升高导电性变差。
（2）绝缘体：
导带与价带分离，禁带宽度很大，价带中充满电子（但不能
自由移动），导带中没有电子，不能传导电流。
（3）半导体：
导带与价带分离，禁带宽度较小，在绝对零度下，价带中充
满电子（但不能自由移动），导带中没有电子，不能传导电流。
在室温
下，由于热激发会有部分电子从价带跃迁到导带，导带存在部分自由移动
的电子，可传导电流，随着温度升高导电性增强。
4.简述固体材料功函数的定义。
一般情况下，由于受到固体表面势垒的阻挡，固体中的电子不能离开固体表面而逃逸出固体。
功函数（Φ）是描述固体表面势垒的一个重要物理参量，定义为真空能级（E0）与固体中电子的费米能级（EF）之差。
5.电子从固体表面向真空发射有哪3种常用方式？
只有给电子提供能量，电子才有可能逃逸出固体表面。
给电子提供能量的三种常用方式：
（1）热能，加热固体。
（2）电场能，外加高电场。
（3）光能，激光照射。
6简述气体电离的4种典型机制。
7电子在气体中的迁移率和扩散系数与哪些因素有关？
关系如何？
8气体的电导率与哪些因素有关？
关系如何？
电子在气体中运动，会发生弹性碰撞和非弹性碰撞。
弹性碰撞的频率较高，是影响气体导电的主要因素。
（频率en：
弹性碰撞频率，n:
气体原子数密度， 速度th：
电子热运动平均速度，
：
弹性碰撞截面）
:
电导率 与电子密度呈正比，与弹性碰撞频率成反比 （注意符号！
！
！
）
9简述爱因斯坦关系式及应用：
（课件上有公式，看不清的话可以自己找一下呦）
扩散系数与迁移率之间的关系
：
扩散系数
：
电子迁移率
2-2固体中电子的产生与运动
1简述固体的三种形态：
单晶固体，多晶固体，非晶固体
（1）单晶固体：
原子在整个区域周期排列，制备成本最高。
（2）多晶固体：
原子在很小区域周期排列形成晶粒，制备成本较高。
（3）非晶固体：
原子在整个区域无需排列，制备成本最低。
2晶体的三种基本结合方式：
金属晶体，离子晶体，共价晶体
（1）金属晶体：
在金属晶体中，金属原子的最外层电子最容易脱离原子而成为公共电子，这些公共电子在金属晶体中形成可自由运动的“电子海洋”或“电子气体”，因此，导电性很好。
例：
铜
（2）离子晶体：
在离子晶体中，一种原子容易失去最外层电子成为负离子，另一种原子容易在外层捕获到电子成为正离子，通过正离子和负离子的结合形成离子晶体。
由于没有自由电子，离子晶体为绝缘体。
例：
氯化钠
（3）共价晶体：
在共价晶体中，原子的最外层既不容易失去电子也不容易捕获电子，相邻原子共享其最外层的电子，通过共享电子形成共价晶体。
一般情况下相同原子的结合为共价结构。
例：
单晶硅
3简述倒带，价带，禁带的定义
（1）导带是半导体最外面（能量最高）的一个能带,是由许多准连续的能级组成的；是半导体的一种载流子——自由电子（简称为电子）所处的能量范围.导带中往往只有少量的电子,大多数状态（能级）是空着的,则在外加作用下能够发生状态的改变,故导带中的电子能够导电,即为载流子.导带底是导带的最低能级,可看成是电子的势能,通常,电子就处于导带底附近；离开导带底的能量高度,则可看成是电子的动能.当有外场作用到半导体两端时,电子的势能即发生变化,从而在能带图上就表现出导带底发生倾斜；反过来,凡是能带发生倾斜的区域,就必然存在电场（外电场或者内建电场）.导带底到真空中自由电子能级的间距,称为半导体的亲和能,即是把一个电子载流子从半导体内部拿到真空中去所需要的能量.这是半导体的一个特征参量.
（2）禁带,在能带结构中能态密度为零的能量区间.常用来表示价带和导带之间的能态密度为零的能量区间.禁带宽度的大小决定了材料是具有半导体性质还是具有绝缘体性质.半导体的禁带宽度较小,当温度升高时,电子可以被激发传到导带,从而使材料具有导电性.绝缘体的禁带宽度很大,即使在较高的温度下,仍是电的不良导体.
（3）价带，或称价电带,通常是指半导体或绝缘体中,在0K（零K）时能被电子占满的最高能带.对半导体而言,此能带中的能级基本上是连续的.全充满的能带中的电子不能在固体中自由运动.但若该电子受到光照,它可吸收足够能量而跳入下一个容许的最高能区,从而使价带变成部分充填,此时价带中留下的电子可在固体中自由运动.价带中电子的自由运动对于与晶体管有关的现象是很重要的.被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）.
4在半导体中产生载流子的三种常用方式：
热激发：
加热半导体
光激发：
光辐照半导体
掺杂：
掺入另外一种原子
5简述施主能级、施主电离能、受主能级和受主电离能的定义
硅中掺杂磷后，磷在禁带中导带底附近形成杂质能级，称为施主能级
导带底能级与施主能级之差称为施主电离能
硅中掺杂硼后，硼在禁带中价带顶附近形成杂质能级，称为受主能级
受主能级与价带顶能级之差称为受主电离能
6简述半导体中少子和多子的定义
少子：
数量不占优的载流子，例如，n型材料中的空穴，p型材料中的电子。
多子：
数量占优的载流子，例如，n型材料中的电子，p型材料中的空穴。
7简述半导体中载流子和电离杂质的区别
导带中的电子和价带中的空穴统称为载流子，可以自由移动；
掺杂半导体中的掺杂原子电离后形成电离杂质，不能自由移动。
8费米能级的物理含义及应用
物理含义：
半导体中所有载流子的平均能量。
应用：
本征半导体中，费米能级近似位于禁带的中间。
器件应用中的指导性结论：
2种材料接触后，热平衡状态下费米能级必须相等。
9本征半导体、轻掺杂半导体、重掺杂半导体的定义
本征半导体是完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
在本征半导体中参入3价或5价元素，使其成为向价带提供空穴的受主杂质或向导带发送电子的施主杂质。
根据掺杂的量分为重掺杂和轻掺杂。
10半导体电导率与哪些因素有关?
关系如何？
（1）电导率与半导体中载流子数量的关系是?
=nqμn
（2）等号左边的?
即为电导率；等号右边n即为电子浓度（在P型半导体中则为空穴浓度p），一定体积的半导体中，电子浓度与载流子数量成正比；q为电子电荷；μn（P型用μp）称为电子（空穴）迁移率，与浓度无关。
3-1电子和光电子材料制备技术
1制备体单晶材料的两种办法
单晶提拉法和浮区法
2化学气相沉积制备薄膜的三种办法，哪种办法可以制备单晶薄膜
低压化学气相沉积，等离子体增强化学气相沉积和金属有机化合物化学气相沉积
其中金属有机化合物化学气相沉积可以制备单晶薄膜。
3给出化物理相沉积制备薄膜的三种办法，哪种办法可以制备单晶薄膜
电子束蒸发真空镀膜、薄膜溅射沉积和分子束外延
其中分子束外延可以制备单晶薄膜
4简述反应性溅射制备薄膜的基本方法
把反应性气体引入溅射室，反应性气体与溅射原子发生化学反应生成化合物。
3-2电子和光电子材料表征技术
1电子束入射固体表面会产生哪些次级粒子或辐射?
二次电子，背散射电子，.吸收电子 ，透射电子，特征X射线，俄歇电子
2离子束入射固体表面会产生哪些次级粒子或辐射?
入射离子束背散射离子/中子，溅射原子/离子 二次电子光子
3给出表征材料微观结构的两种方法
X射线衍射透射电子显微镜
4给出表征材料表面形貌的两种方法
扫描电子显微镜，能量色散X射线谱
5给出表征材料表面化学成分的两种方法
高能电子激发X射线、铜-镍合金XPS图
6TEM工作在亮场成像模式时，哪些区域图像较亮？
哪些区域图像较暗？
原子较多的区域图像较暗，原子较少的区域图像较亮
7TEM工作在暗场成像模式时，哪些区域图像较亮？
哪些区域图像较暗？
原子较多的区域图像较亮，原子较少的区域图像较暗
8简述特征X射线、X射线光电子和俄歇电子的产生原理
特征X射线产生原理：
用高能电子束轰击金属阳极，使金属中原子的内壳层电子受激发射出来，并留下一个空位。
电子从外壳层跃迁到内壳层的空位并释放出能量，该能量以特征X射线的方式辐射出来。
X射线光电子产生原理：
用X射线照射样品，使样品中原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。
被X射线激发出来的电子称为光电子
俄歇电子产生原理：
用高能电子束照射样品，使样品中原子的内壳层电子受激发射出来，并留下一个空位。
电子从外壳层跃迁到内壳层的空位并释放出能量，该能量被转移到外壳层另外一个电子，使其被激发出来，该电子称为俄歇电子。
4-1电子和光电子器件基本加工技术
1给出硅衬底氧化的2种方法
干法氧化湿法氧化
2给出硅掺杂的2种方法
扩散法掺杂离子注入法掺杂
3给出薄膜刻蚀的2种方法
湿法刻蚀干法刻蚀
4简述正性光刻胶和负性光刻胶
正性光刻胶：
其曝光部分发生光化学反应会溶于显影液，而未曝光部分不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将掩模板上的图形复制到衬底上。
负性光刻胶：
其曝光部分因交联固化而不溶于显影液，而未曝光部分溶于显影液，将掩模板上相反的图形复制到衬底上。
5简述光刻加工微细图形的6个基本步骤
（1）准备原材料，涂覆欲加工的材料
（2）涂胶：
在原材料上涂覆光刻胶，并对光刻胶烘烤使其固化
（3）曝光：
利用掩模板对光刻胶进行图形化曝光，光刻胶受光照的区域发生材料性质变化
（4）利用化学试剂去除不需要的光刻胶，将掩模板图形复制成光刻胶图形，并对光刻胶烘干使其强化
（5）刻蚀：
采用湿法或干法去除未受光刻胶保护的原材料
（6）去胶：
利用化学试剂去除光刻胶，得到原材料加工后的图形
4-2电子和光电子器件封装技术
1给出芯片级引线封装的2种方式。
引线逐个键合 带载自动键合
2周边引线封装有何缺点？
当芯片的输入/输出（I/O）端口数目很大时，周边引线的线间距将变得很小，印刷电路板制作会遇到很大困难，有时甚至是不可能的。
3面阵列封装有何优点？
在芯片内部对I/O端口位置进行重新分布，使I/O端口分布在芯片底部平面内。
对于相同的I/O端口数目，面阵封装的引出点间距比周边引线封装的线间距大，但芯片尺寸反而变小。
5-1信号的定义与分类
1按照信号处理方式可把电子系统分为哪几类？
模拟电子学数字电子学功率电子学射频/微波电子学
2简述模拟信号与持续时间信号之间的关系
模拟信号与实际物理现象具有直接类比关系，时间和幅值均连续。
连续时间信号在时间上连续，但幅值既可连续，也可离散，比模拟信号范围更宽。
所有的模拟信号均为连续时间信号，但并非所有的连续时间信号为模拟信号
3简述采样信号与离散时间信号之间的关系
采样信号是时间离散、幅值连续的信号。
离散时间信号在在时间上离散，但幅值既可连续，也可离散，比采样信号范围更宽。
所有的采样信号均为离散时间信号，但并非所有的离散时间信号为采样信号
4简述采样信号与数字信号的区别
采样信号是模拟信号的时间离散化，属于离散时间信号。
数字信号是采样信号的量化编码，属于连续时间信号。
5给出以分贝为单位时功率增益和功率相对值的定义
设输出功率为Pout 输入功率为Pin，功率增益定义为A=Pout/Pin，分贝表示为
功率增益：
A（dB）=10*lgA=10*lg（Pout/Pin）
功率相对值：
P（dBW）=10*lg（P/1W） 基准功率为1W
P（dBm）=10*lg（P/1mW） 基准功率为1mW
6给出以分贝为单位时电压增益和电压相对值的定义
A=Pout/Pin=（Vout/Vin）2=（AV）2
电压增益：
Av（dB）=20*lgAv=20*lg（Vout/Vin）
电压相对值：
V（dBV）=20*lg（V/1V） 基准电压为1V
V（dBmV）=20*lg（V/1mV） 基准电压为1mV
7简述传感器和驱动器的定义
传感器：
连接现实世界物理量与电子系统的器件称为换能器。
如果换能器把反映现实世界变化的物理量转换为电信号，则称为传感器。
驱动器：
如果换能器在电信号控制下对现实世界产生动作，也就是把电信号转换为引起现实世界变化的物理量，则称为驱动器。
8简述现实世界中的6大类型信号
可根据能量形式把信号分为6大类型：
机械信号、热信号、电信号、磁信号、辐射信号和化学信号。
5-2信号的放大与滤波
1电子放大器的本质含义是什么？
根据输入信号的强度变化，利用电子电路把直流功率分配给输出端或负载。
2根据信号放大类型，小信号放大器分为哪几种类型？
电压放大器、跨导放大器、电流放大器、跨阻放大器、功率放大器。
3功率放大器有哪几种类型？
根据时间区域（对应于相位或者导通角）的选取方式，可把功率放大器分为6类：
A类放大器，B类放大器，AB类放大器，C类放大器，D类放大器和E类放大器。
4功率放大器中哪些工作在线性放大模式？
哪些工作在开关模式？
线性放大模式：
A类、AB类、B类、C类
开关模式：
D类、E类
5根据频率选择方式，滤波器分为哪几种类型？
高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器
6-1半导体器件基本概念
1半导体器件有哪几种类型：
微电子、功率、射频/微波、光电半导体器件
2在能带图中，电子和空穴分别是沿哪个方向的：
电子：
向上空穴：
向下
3当半导体中存在电势分布时，能带是如何弯曲的：
电势越高，能带向下弯曲越大
4热平衡条件下，pn结耗尽区中内建电场指向那个方向：
从n型中性区域指向p型中性区域
5在正向偏压下，流过pn结的净电流是多子还是少子？
在反向偏压下，流过pn结的净电流是多子还是少子？
正：
多子反：
少子
6金属与轻掺杂n型半导体形成肖特基接触，试从能带弯曲出发解释其单方向导电特性。
由于半导体的逸出功一般比金属的小，故当金属与半导体（以N型为例）接触时，电子就从半导体流入金属，在半导体表面层形成一个由带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区。
在界面处半导体的能带发生弯曲，形成一个高势能区，这就是肖特基垒。
电子必须高于这一势垒的能量才能越过势垒流入金属。
当平衡时，肖特基势垒的高度是金属和半导体的逸出功的差值。
7金属与重掺杂nn型半导体形成欧姆接触，试从能带弯曲出发解释其双方向导电特性。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
8齐纳二极管的反向电流是如何形成的？
它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。
9耗尽型MOS型器件与增强型MOS器件在结构上有何区别？
（1）工作方式不同。
当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型，即耗尽型场效应管。
当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型，即增强型场效应管。
（2）耗尽型场效应管在不加栅源电压时漏极和源极为耗尽层不能导通，而且工作是栅源电压只能是正向的,增强型场效应管则可以导通，栅源电压可正可负。
6-2微电子器件与集成电路
1CMOS器件有哪些优点？
（1）静态功耗极低，每门功耗达纳瓦量级。
（2）电源电压范围宽。
CC4000系列，VDD＝3~18V。
（3）抗干扰能力强。
输入端电压噪声容限，典型值可达0.45VDD，保证值不小于0.3VDD。
（4）逻辑摆幅大。
低电平UL≈0V，高电平基本上等于电源电压，即UH≈10V。
（5）输入电阻极高。
由于CMOS集成电路中，使用的开关元件是电压控制的MOS管，所以输入电阻可达108Ω以上。
（6）扇出能力强。
人们常把带同类门电路的个数，叫做扇出系数，其大小反映了扇出能力。
在低频工作时，CMOS电路几乎可以不考虑扇出能力问题；高频工作时，扇出系数与工作频率有关。
（7）集成度可很高，温度稳定性好。
由于CMOS电路功耗极低，内部发热量很少，所以集成度可以做得非常高。
CMOS电路的结构是互补对称的，当外界温度变化时，有些参数可以互相补偿，因此其特性的温度稳定性好，在很宽的温度范围内都能正常工作。
例如，陶瓷金属封装
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