2012年物理电子学专业面试试题福大

2012年物理电子学专业研究生面试试题一、自我介绍（每个考生都要求）二、面试题第一套：1、请画出PN结的伏安特性曲线2、届时波粒二象性3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer:12波粒二象性（wave-particleduality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。第二套：1、LED（发光二极管）和LD（激光二极管）的主要区别2、解释库伦定律3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer:1发光二极管发出的光的波长有一定的范围，是所谓谱带，其中红色光最强、就是发红光的二极管，绿色光最强、就是发绿光的二极管；但是如果发出的光的波长不在可见光范围，那就是另外一回事了。激光二极管是在发光二极管的基础上，在内部加了一个光学谐振腔，发出的光是单色光（一个波长的光），强度大，方向性好。具体（发光二极管（lightemittingdiode，LED），是利用正向偏置PN结中电子与空穴的辐射复合发光的，是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。半导体激光器，也称激光二极管（LaserDiode，LD），是一种光学振荡器。产生激光要满足以下条件：一、粒子数反转；二、要有谐振腔，能起到光反馈作用，形成激光振荡；形成形式多样，最简单的是法布里——帕罗谐振腔。三、产生激光还必须满足阈值条件，也就是增益要大于总的损耗。）2库仑定律：是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2。第三套：1、简述三极管的结构2、解释费米能级3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer:1结构图3-1是NPN型三极管结构示意图。三极管由三块半导体构成，对于NPN型三极管而言，由两块N型和一块P3型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧，各半导体所引出的电极名称如图3-1所示。在P型和N型半导体的交界面处形成两个PN结，这个PN结与前面介绍的二极管PN结具有相似的特性。2.就一个由费米子组成的微观体系而言，每个费米子都处在各自的量子能态上。现在假想把所有的费米子从这些量子态上移开。之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据最低的可供占据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态即可粗略理解为费米能级。虽然严格来说，费米能等于费米子系统在趋于绝对零度时的化学势；但是在半导体物理和电子学领域中，费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。一般来说，“费米能级这个术语所代表的含义可以从上下语境中判断。费米子可以是电子、质子、中子（自旋为半整数的粒子）对于金属，绝对零度下，电子占据的最高能级就是费米能级。费米能级的物理意义是，该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2。费米能级在半导体物理中是个很重要的物理参数，只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。它和温度，半导体材料的导电类型，杂质的含量以及能量零点的选取有关。n型半导体费米能级靠近导带边，过高掺杂会进入导带。p型半导体费米能级靠近价带边，过高掺杂会进入价带。将半导体中大量电子的集体看成一个热力学系统，可以证明处于热平衡状态下的电子系统有统一的费米能级。第四套：1、什么是电荷的量子性？基本电荷是什么？2、什么是本征半导体，其导电性如何？3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer：1物质带电的多少用电荷量来描述。实验发现，一个质子具有最小的电荷量，其电荷量称为元电荷e.一切物质所带的电荷量只能是最小单元e的整数倍，物质的电荷量是分立的，不连续的，这一性质称为电荷的量子性。又称“基本电量”或“元电荷”。在各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的，人们把最小电荷叫做元电荷，也是物理学的基本常数之一，常用符号e表示。基本电荷e=1.6021892×10^-19库仑，（通常取e=1.6×10^-19C）。是一个电子或一个质子所带的电荷量。任何带电体所带电荷都是e的整数倍或者等于e。2本征半导体[1]（intrinsicsemiconductor)）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。实际半导体不能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。更通俗地讲，完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体。其导电性：在绝对零度温度下，半导体的价带（valenceband）是满带（见能带理论），受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带（forbiddenband/bandgap）进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带（conductionband），价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴（hole），导带中的电子和价带中的空穴合称为电子－空穴对。上述产生的电子和空穴均能自由移动，成为自由载流子（freecarrier），它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子－空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，使电子－空穴对消失，称为复合（recombination）。复合时产生的能量以电磁辐射（发射光子photon）或晶格热振动（发射声子phonon）的形式释放。在一定温度下，电子－空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时本征半导体具有一定的载流子浓度，从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发，从而产生更多的电子－空穴对，这时载流子浓度增加，电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小，载流子浓度对温度变化敏感，所以很难对半导体特性进行控制，因此实际应用不多。本征半导体特点：电子浓度＝空穴浓度缺点：载流子少，导电性差，温度稳定性差！第五套：1、解释满带、禁带和导带2、列举晶体的七大晶系3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？1导带是由自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。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。价带（valenceband）或称价电带，通常是指半导体或绝缘体中，在0K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）。禁带，英文名为：ForbiddenBand在能带结构中能态密度[1]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。2晶体通常可以分为七个不同的晶系，即等轴晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系。第六套：1、解释电子的有效质量2、解释法拉第电池感应定律3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？answer1有效质量并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例系数（在准经典近似中，晶体电子在外力F*作用下具有加速度a*，所以参照牛顿第二定律定义的m*=F*/a*称作惯性质量）。2因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象，不能全面概括电磁感现象：闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：因磁通量变化产生感应电动势的现象。第七套：1、如何理解阻抗匹配2、什么是电荷守恒定律3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer：1信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系，以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。2电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保存不变第八套：1、请写出麦克斯韦方程组2、什么是理想导体？其特征是什么？3、你觉得你的特长在哪里？假如让你独立做一个课题，你觉得应该如何入手？4、你对什么类型的研究感兴趣（应用型还是基础型）？想从研究生阶段学到什么？Answer：1麦克斯韦方程组的积分形式：麦克斯韦方程组的积分形式这是1873年前后，麦克斯韦提出的表述电磁场普遍规律的四个方程。其中：（1）描述了电场的性质。在一般情况下，电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场，而感应电场是涡旋场，它的电位移线是闭合的，对封闭曲面的通量无贡献。（2）描述了磁场的性质。磁场可以由传导电流激发，也可以由变化电场的位移电流所激发，它们的磁场都是涡旋场，磁感应线都是闭合线，对封闭曲面的通量无贡献。（3）描述了变化的磁场激发电场的规律。（4）描述了变化的电场激发磁场的规律。麦克斯韦方程组微分形式：在电磁场的实际应用中，经常要知道空间逐点的电磁场量和电荷、电流之间的关系。从数学形式上，就是将麦克斯韦方程组的积分形式化为微分形式。利用矢量分析方法，可得：麦克斯韦方程组微分形式注意：(1)在不同的惯性参照系中，麦克斯韦方程有同样的形式。(2)应用麦克斯韦方程组解决实际问题，还要考虑介质对电磁场的影响。例如在各向同性介质中，电