光电信息物理基础答案Word文档格式.docx
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使用au薄膜与n型半导体结代替p型半导体
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
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。
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型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。
隧道二极管的工作原理是量子力学领域的隧道效应。
所谓“遂道效应”就是指粒子通过一个势能大于总能量的有限区域。
这是一种量子力学现象，按照经典力学是不可能出现的。
隧道二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。
齐纳二极管
齐纳二极管主要工作于逆向偏压区，在二极管工作于逆向偏压区时，当电压未达崩溃电压以前，反向偏置的pn结中只有一个很小的电流，这个漏电流一直保持一个常数，直到反向电压超过某个特定的值，即当逆向电压达到崩溃电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值（几乎等于崩溃电压），下图为齐纳二极管之电压电流曲线。
如果没有一些外在的措施来限制电流的话，它可能导致器件的损坏。
反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。
然而，如果采取适当的预防措施来限制电流的话，反向击穿的结可以作为一个非常稳定的参考电压。
图一齐纳二极管的反向击穿电流电压曲线导致反向击穿的一个机制是avalanchemultiplication。
考虑一个反向偏置的pn结。
耗尽区随着偏置上升而加宽，但还不够快到阻止电场的加强。
强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。
当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。
因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样，所以这个过程叫avalanchemultiplication。
反向击穿的另一个机制是tunneling。
tunneling是一种量子机制过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。
如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。
tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。
tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。
齐纳二极管多被应用于稳压以及静电防治的场合。
当用作稳压管时通常需串联一降压电阻（r）后才接至电源，但电压源（e）一定要高于期纳二极管的崩溃电压，否则就无法发挥齐纳二极管的稳压作用。
变容二极管
变容二极管（varactordiodes）为特殊二极管的一种，也称为压控变容器，是根据所提供的电压变化而改变结电容的半导体。
我们可以把它看成一个pn结，当外加正向偏压时，有大量电流产生，pn（正负极）结的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；
如果在pn结上加一个反向电压v（变容二极管是反向来用的），则n型半导体内的电子被引向正极，p型半导体内的空穴被引向负极，然后形成既没有电子也没有空穴的耗尽层，该耗尽层的宽度我们设为d，随着反向电压v的变化而变化。
如此一来，反向电压v增大，则耗尽层d变宽，二极管的电容量c就减少（根据c=ks/d），而耗尽层宽d变窄，二极管的电容量变变大。
反向电压v的改变引起耗尽层的变化，从而改变了压控变容器的结容量c并达到了目的。
作为可变电容器，可以被应用于fm调谐器及tv调谐器等谐振电路和fm调制电路中。
快恢复二极管
快恢复二极管（frd）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，它的最主要特点是它的反向恢复时间（trr）在几百纳秒（ns）以下，超快恢复二极管甚至能达到几十纳秒。
所谓反向恢复时间（trr），它的定义是：
电流通过零点由正向转换成反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔。
它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。
反向恢复电流的波形如图2所示。
图中if为正向电流，irm为最大反向恢复电流，irr为反向恢复电流，通常规定irr=0.1irm。
当t≤t0时，正向电流i=if。
当t＞t0时，由于整流管上的正向电压突然变成反向电压，因此，正向电流迅速减小，在t=t1时刻，i=0。
然后整流管上的反向电流ir逐渐增大；
在t=t2时刻达到最大反向恢复电流irm值。
此后受正向电压的作用，反向电流逐渐减小，并且在t=t3时刻达到规定值irr。
从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。
由t1到t3的时间间隔即为反向恢复时间trr。
用于开关电源、pwm脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。
第三章
图示ttl电路，当输入vi分别为3.6v和0.3v时，试定性分析电路中各晶体管的工作状态（四种工作模式之一），说明该电路的逻辑功能。
设晶体管发射结的导通压降为0.7v。
定性分析该电路的动态特性：
输入电压vi波形如图所示，试画出输出电压v0波形，解释原因。
v0
当输入vi为3.6v时，t1管和t2管都同时导通，t1管工作在放大状态，t2管工作在深度饱和状态；
若不考虑t2的存在，t1的基极电压vb≈vih+von=3.6v，但当t2存在的情况下，t2的发射结必然会导通，此时t1的基极电压被钳制在了1.4v，所以t1的基极电压实际上不可能是3.6v，只能是1.4v左右，t2管导通后处于深度饱和状态，它的集电极和发射极之间的饱和压降vce（sat）≈0，故输出v0=0。
当输入vi为0.3v时，t1管导通t2管截止，t1管工作在深度饱和状态，t2管工作在截止状态；
此时t1管的发射结必然导通，导通后t1管的基极电压被钳制在vb≈vih+von=1.0v，由于t1管的集电极回路电阻是rc和t2管的b-c结反向电阻之和，阻值非常大，因而t1管工作在深度饱和状态，使集电极和发射极之间的饱和压降vce（sat）≈0，因此t2管的发射结不会导通，故t2管工作在截止状态，rc上几乎无电流通过，故输出v0=+5v。
由以上分析可知，当输入为高电平是输出为低电平，而输入为低电平时输出为高电平，因此输入与输出之间是反相关系，所以该电路的逻辑功能就是一个反相器（非门）。
在动态情况下，亦即三极管在截止与饱和导通两种状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间，因而集电极电流ic的变化将滞后于输入电压vi的变化。
在接成三极管电路以后，电路的输出电压v0的变化也必然滞后于输入电压vi的变化，故输出波形如图3：
（+5v）c0t
第四章
说明hemt（高电子迁移率晶体管）相对于mesfet（金属—半导体场效应晶体管）的主要优点，解释原因。
砷化嫁（gaas）晶体是一种电学性能优越的iii—v族化合物半导体材料，以其为衬底制作的半导体器件及其集成电路由于具有信息处理速度快、超高频、低功耗、低噪声等突出的优点而得到广泛应用。
hemt（高电子迁移率晶体管）和mesfet（金属—半导体场效应晶体管）是gaas电路中最常用，也是最成熟的器件。
hemt的主要优点是：
①有优良的迁移率→可使电路实现超高频、超高速而且噪音低。
②在极低温度下都不会“冻结”→不会复合消失。
③沟道中的电子集中在紧靠界面的很小（10~20nm）范围内→短
沟道效应很弱，有利于缩短沟道。
④低压工作。
e
n+-algaas
ev1ec2efev2
图4异质结能带图
由图4可以看出：
当势阱较深时，电子基本上被限制在势阱宽度所决定的薄层内，电子（或空穴）在平行于界面的平面内可自由运动，而在垂直于界面的方向受到限制，有量子化的能级。
以上异质结，重掺杂的n＋algaas区提供电子，而电子的输运过程可以在不掺杂的gaas二维电子气势阱中进行。
由于两者在空间中是分开的，就可以消除电子在输运过程中所受到的电离杂质散射作用，从而大大提高电子的迁移率。
图5比较了调制掺杂沟道与体材料的迁移率，从图中可以看出，既然在mesfet和jfet中，沟道必须掺杂到适当的水平（1017cm-3），因此在所有有的温度下，调制掺杂沟道的迁移率都高得多。
图5在不同掺杂水平下，调制掺杂沟
道与体材料的迁移率的比较
【篇二：
高中物理光学习题含解析】
年高考题荟萃
2009年高考新题
互平行，物体距离左镜4m，右镜8m，如图所示，物体在左镜所成的像中从右向
左数的第三个像与物体的距离是（b）a．24mb．32m
c．40md．48m
解析：
本题考查平面镜成像.从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离物体8cm,第二个像是物体在右镜所成像的像,第3个像是第一个像在右镜中的像在左镜中的像距离物体为32cm.
的折射率为1.5。
p为一贴近玻璃砖放置的、与ab垂直的光屏。
若一束宽度与ab边
长度相等的平行光从ab边垂直射入玻璃砖，则（bd）
a.从bc边折射出束宽度与bc边长度相等的平行光
b.屏上有一亮区，其宽度小于ab边的长度
c.屏上有一亮区，其宽度等于ac边的长度
d.当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大
本题考查光的折射和全反射.宽为ab的平行光进入到玻璃中直接射到bc面,入射角为45临界角o?
?
arcsin1,所以在bc面上发生全反射仍然以宽度大小为ab长度的竖直向下的平行光射到ac圆弧面上.根据1.5
几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于ab的长度,b对.d正确。
a．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
b．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
c．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
d．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
每种金属都有它的极限频率?
0，只有入射光子的频率大于极限频率?
0时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；
由光电效应方程ek?
h?
w?
0，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以ad正确。
1
长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离___________（填增大、减小）。
答案：
长，增大。
依据双缝干涉条纹间距规律?
x?
将增大双缝与屏之间的距离l。
a．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
b．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出
c．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
d．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应
硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，a正确；
是利用光电效应原理制成的器件，依据光电效应方程l?
，可知要使干涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，应dek?
0可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，b错误，c错误，d错误。
（1）界面，传播速度
|n?
1|2叫做吸收系数，式中?
为光的频率，c为光速，标准状况下，，其中?
43?
cn
n?
2.69?
1019个/厘米3，n?
1?
2.78?
10?
4。
定义a?
1，叫做衰减长度，它表示光经过a距离后其强度降低到原来的1?
0.368。
根据以上信息，结合所学知识可以判断（b）e
a．可见光中衰减最厉害的是红光b．可见光中衰减最厉害的是紫光
c．可见光中衰减最厉害的是黄绿光d．不同颜色的光衰减程序基本相同
填错的不得分）（a）
2
出功越大
b．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
c．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
d．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
a.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大
b.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大
c.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大
d.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大
由v?
c可知，蓝光在玻璃中的折射率大，蓝光的速度较小，a错；
以相同的入射角从空气中斜射入玻n
1l可知，红光的折射率小，临界角大，c正确；
用同一装置进行双缝干涉实验，由公式?
nd璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，b错。
从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式sinc?
可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，d错。
内圆半径为r，外圆半径为r，r
。
现有一束单色光垂直于水平端面a射入透
明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面b射出。
设透明柱体的折射率为n，
光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（ab）
a.n
b.n可能为2
c.t
4.8rd.t可能为c
cd均错。
②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大
③用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。
则可推断a、b、c、d可能分别是
a．紫光、蓝光、红光、橙光b．蓝光、紫光、红光、橙光
c．紫光、蓝光、橙光、红光d．紫光、橙光、红光、蓝光
31可知n
光在透明柱体中运动路程为l＝4r，运动时间为t＝l/v＝4/c，则t≥
，sinc
a.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
b.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
c.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
d.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，a错；
用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，b错；
在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，c错；
光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，d对。
射向e点，并偏折到f点，已知入射方向与边ab的夹角为?
30，e、f分别为边o
ab、bc的中点，则（ac）
a．该棱镜的折射率为3
b．光在f点发生全反射
c．光从空气进入棱镜，波长变小
d．从f点出射的光束与入射到e点的光束平行
在e点作出法结线可知入射角为60o，折射角为30o，折射率为3；
由光路的可逆性可知，在bc边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，b错；
由公式?
介?
边偏折，不会与入射到e点的光束平行，故d错。
二、非选择题
解析：
（2）当光线在水面发生全放射时有sinc?
1，当光线从左侧射入时，由折射定律有nsin?
sin（?
c）2?
n，
联立这两式代入数据可得sin?
考点：
光的折射和全放射。
3
（a）0.4c（b）0.5c（c）0.9c（d）1.0c
（3）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上。
照片中，水利方运动馆的景象呈现在半径r?
11cm的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度l?
10cm，若已知水的折射率为n?
4，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h，（结果保留两位有效数字）
3
（1）d；
（3）设照片圆形区域的实际半径为r,运动员的实际长为l折射定律nsin?
sin90?
几何关系sin?
r
r2?
h2,rl?
rl
得h?
ln2?
1rl
取l?
2.2m，解得h?
2.1（m）（1.6~2.6m都算对）
（1）根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变。
d项正确。
（3）根据题意能画出光路图，正确使用物象比解决本题的关键。
5
【篇三：
物理试卷a】
期末试卷（a卷）
（请考生务必将所有答案写到答题卡上，试卷上答案无效）
（命题人：
徐翠霞）
班级______姓名______学号______成绩_____
一、名词解释:
（每题2分，共10分）
1、光电效应2、ct值3、横向驰豫时间4、体素5、x射线的量
二、填空：
（每空0、5分，共10分）
1、x射线产生的三个基本条件
（1）、
（2）、（3）。
2、x射线滤过分（4）、（5）。
3、数字减影血管成像减影的方法有（6）、（7）、（8）。
4、x线的基本特性（9）、（10）、（11）、（12）、（13）。
5、在mri弛豫过程会出现完全独立的两种弛豫，分别为（14）、（15）。
6、x线既有（16），又有波动性。
7、超声波具有（17）、（18）、（19）、（19）、危害小等特点。
三、单选题：
（每题1分，共40分）
1、伦琴发现x射线是在
a．1895年b．1795年c．1695年d．1885年e．1875年
2、关于x射线的产生，下述哪项不正确
a．需要有自由电子群的发生b．电子群的高速由阴极向阳极行进
c．绝大部分（99％以上）动能转变为x线d．高速电子流突然受到阻挡
e．同时产生了大量的热能
3、产生标识x射线的最低激发电压u必须满足的关系是
a．eu≥wb．eu≤wc．eu≈wd．eu≠we．eu∝w
4、医用胶片最常用的感光物质是
a．氯化银b．溴化银c．碘化银d．氯化银+碘化银e．溴化银+碘化银
5、关于x射线成像，下列哪项是错误的
a．组织密度和厚度的差别是产生影像对比的基础
b．组织的密度高，吸收的x射线量多，照片图像呈白影
c．组织的厚度小，透过的x射线量少，照片图像呈黑影
d．组织的厚度大，透过的x射线量少，照片图像呈白影
e．组织的密度小，透过的x射线量多，照片图像呈黑影
6、关于cr摄影系统的影像板，以下说法不正确的是
a．影像板上的信息可永久保存b．影像板上的信息为模拟信号c．影像板可反复使用
d.影像板代替胶片保存x线影像e．从影像板上读出的信息为数字信息
7、体内ct值最高的组织是
a．肝脏b．前列腺c．骨髓质d．骨皮质e．脾脏
8、显示器所表现的亮度信号的等级差别称为
a．ct值标度b．矩阵c．窗宽d．窗位e．灰阶
9、凝固血的ct值为
a．56～76hub．30～60huc．－60～－90hud．1000hue．－1000hu
10、关于窗宽，下列错误的是
a．窗宽规定了显示ct值的范围b．组织ct值超过了窗宽规定的范围时为全白密
c．缩小窗宽使图像组织的密度对比缩小d．窗宽除以16等于每个灰阶包含的ct值
e．调节窗宽的大小可改变图像中组织的密度对比
11、关于ct成像的基本原理，哪项描述是错误的
a．ct是用x线束对人体一定厚度的层面进行扫描b．输入计算机处理
c．在探测器中，x线转变为可见光，并由光电转换器转变为电信号
d．探测器接收透过人体层面后剩余的x线信息
e．数字矩阵可存储于磁盘，但不能存储于光盘中
12、mri成像基础是
a．组织间吸收系数的差别b．组织间密度高低的差别c．组织间形态的差别
d．组织间驰豫时间的差别e．组织间大小的差别
13、mri最常用的成像原子核是
a．氢原子核b．钠原子核c．钙原子核d．磷原子核e．铁原子核
14、自旋回波脉冲序列是指
15、mri信号通常是指
d．共振吸收信号e．自旋回波信号
16、巳知核的旋磁比，今欲使其发生磁共振，则外磁场b0与射频脉冲rf的关系应该是
a．只有当bo=1t,才能发生磁共振b.只有当bo=2t,才能发生磁共振
c．只有当bo=3t,才能发生磁共振d.只要bo满足拉莫公式，就可能发生磁共振e．只要bo与满足拉莫公式，就一定发生磁共振
17、时间飞跃法（tof）mra成像是用
a．饱和的质子流入层面b．不饱和的质子流入层面c．血液中的血红蛋白
d．被射频激励的血液中质子e．流空效应
18、梯度磁场的目的是
a．增强磁场均匀性b．减少磁场强度c．帮助空间定位d．增加磁场强度e.减小伪像
19、居里夫妇发现的具有放射性的物质是
a．镭b．铀c．钴d．锶e．钙
20、下面关于放射性显像的叙述不正确的是
a．药物能自发地发射出射线b．放射性药物可引入体内c．药物可被组织器官吸收
d．药物能参与体内代谢过程e．射线可全部被仪器测量
21、在元素周期表中，位置相同，原子序数相同而中子数不同的是
a．核素b．同位素c．核子d．光子e．同质异能素
22、声波的频率范围
a．小于20hzb．大于20000hzc．20~20000hzd．小于20000hze．小于10hz
23、声波入射到两个介质的界面上，如果界面的线度远大于波长，则产生
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