Question

【題目】閱讀短文，回答問題：

半導體如何實現運算及數據處理

2020 年我國將在全球首發 5nm 手機芯片，芯片基本元件之半導體二極 管主要由 P 型半導體、N 型半導體、接線端、外殼組成，其結構和電路符 號分別如圖甲、乙所示。當一定的電流從正接線端流入，二極管呈現良好的導電性，當電流從負接線端流入，二極管呈現高電阻特性。

N 型半導體內含有容易形成電流的自由電子，而 P 型半導體內雖然沒有自 由電子，但含有可讓電子停留和經過的位置（空穴）。未接通電路時，最靠近半導體交界面處一排的電子向 P 區擴散占據空穴，使 P 區交界面處帶負電，N 區一側帶正電，由于電 荷間存在相互作用力，交界面處將阻礙電子繼續擴散。

半導體與電源相連后，電源負極將發出大量電子聚集在與之相連的一端，電壓增大到一定值時且電子移動方向與電子擴散方向相同，電子將突破交界面處的阻礙使電路形成通路。反之，半導體呈現的電 阻很大。多個半導體的組合，是構成芯片的基礎元件。它們可實現運算及數據處理。 發光二極管（LED）是一種能夠發光的半導體電子元件，其顯著的特點就是具有單向導電性。其電路符號如也用圖乙所示，用實驗方法測得某型號發光二極管兩端的電壓 U 和通過它的電流 I 的數據如 表所示：

實驗序號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4	2.6	2.8	3.0
I/mA	0	0.9	2.3	4.3	6.8	12.0	19.0	24.0	30.0	37.0

(1)半導體二極管內，當電流從 P 到 N 時，二極管電阻_____（較小/較大）。

(2)通路時，二極管輸出信號值 Uk=1，斷路時，輸出信號值 Uk=0，在下圖所示的電路中，a、b 兩點 信號值隨時間的變化關系如下圖中 A、B 所示，請在 C 圖坐標系中，畫出電路 c處信號值隨時間變化的關系畫線。

（______）

(3)關于半導體二極管，下列說法正確的是_____。

A電流從正接線端流入，一定會形成通路

B電子移動方向：電源→P 型半導體→N 型半導體

C半導體二極管的電阻與其兩端的電壓有關

D當電流從負接線端流入時，交界面帶電子處電阻變小

(4)請在圖丁的坐標紙上用描點法畫出該型號發光二極管的伏安特性曲線。

（______）

(5)若該型號發光二極管的最佳工作電壓為 2.5V，現用 5V 的穩壓電源供電，則需要在電路中串聯 一個電阻R才能使其處于最佳工作狀態，請根據所畫出的該型號二極管的伏安特性曲線進行分析，串聯的電阻R的阻值為_____Ω。（結果保留三位有效數字）

Answer 1

【答案】較小 C 119

【解析】

(1)[1]由短文知道，當一定的電流從正接線端流入，二極管呈現良好的導電性，說明此時二極管的電阻較小。

(2)[2]由圖A知道，在0-1s、2-3s、4-5s、6-7s時間內，a處輸出信號值Uk =1，其它時間內輸出信號值Uk =0；由圖B知道，在0-2s、4-6s時間內，b處輸出信號值Uk =1，其它時間內輸出信號值Uk =0；所以，在0-3s、4-7s時間內，c處輸出信號值Uk =1，3-4s和7-8s時間內，c處輸出信號值Uk =0，故電路 c處信號值隨時間變化的關系，如下圖所示

(3)[3]A．由于當二極管兩端電壓增大到一定程度時，電路才會形成通路，所以，電流從正接線端流入，不一定會形成通路，故A錯誤；

B．當二極管形成通路時，電流從P到N，而電子定向移動的方向與電流方向相反，所以，電子移動方向：電源→N型半導體→P型半導體，故B錯誤；

C．由表中數據知道，電壓與電流的比值各不相同，所以，半導體二極管的電阻與其兩端的電壓有關，故C正確；

D．當電流從負接線端流入，二極管呈現高電阻特性，即交界面帶電子處電阻變大，故D錯誤。

故選C。

(4)[4]根據表中數據先描點，然后用平滑曲線將各點連接起來，如下圖所示

(5)[5]由圖象知道，二極管的工作電壓為2.5V時，電流I=21mA=0.021A，由串聯電路電壓特點和歐姆定律知道，串聯電阻的阻值