PN结正向特性的研究实用教案

1、一、实验一、实验(shyn)(shyn)目的目的 1.了解PN结正向(zhn xin)压降随温度变化的规律 2. 测量恒流条件下，PN结正向(zhn xin)压降随温度变化的曲线 3. 确定PN结的灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度第1页/共15页第一页，共16页。二、实验二、实验(shyn)(shyn)仪器仪器温控仪恒温(hngwn)电炉PN结实验仪第2页/共15页第二页，共16页。 价带（Valence band）：与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带(conduct band)：价带以上能量(nngling)最低的允许带称为导带。 禁带(band gap)：导带与价带之间的不存在薛定谔

2、方程本征解得能量(nngling)区间称为禁带。三、相关三、相关(xinggun)(xinggun)概念概念第3页/共15页第三页，共16页。 PN结：导电载流子为空穴的P型半导体在与多数载流子是电子的N型半导体“接触”后，由于电子和空穴密度差的存在，将使电子自N区向P区扩散，空穴自P区向N区扩散，结果(ji gu)在交界处形成电荷区，这就是PN结。+-势垒区势垒区N NP P内电场内电场(din (din chng)chng)第4页/共15页第四页，共16页。三、实验三、实验(shyn)(shyn)原理原理PN结温度传感器的基本方程(fngchng)其中rnTqkTVln1(0)11(ln)

3、lnrFgnFkCkTVVTTVVqIq1(0)(ln)gFkCVVTqI线性项非线性项第5页/共15页第五页，共16页。三、实验三、实验(shyn)(shyn)原理原理 PN结温度传感器的基本方程 对给定(i dn)的PN结材料，如果正向电流恒定不变，在允许的温度变化区间内，PN结的正向电压与温度成线性关系，即正向电压随温度的升高而线性下降，即, 因此，只要测出正向电压的大小，就可得知这时候的温度，这就是PN结测温的依据。(0)(ln)FgFkCVVTqI第6页/共15页第六页，共16页。三、实验三、实验(shyn)(shyn)原理原理 PN结温度传感器灵敏度lnFkCSqI为PN结温度传感

4、器灵敏度 VF = VF(0) - St第7页/共15页第七页，共16页。三、实验三、实验(shyn)(shyn)原理原理 PN结材料禁带宽度 PN结材料的禁带宽度Eg(0)定义(dngy)为电子的电量q与热力学温度0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差Vg(0)的乘积。 当t = 0时，VF=VF(0)，有 所以(0)(0)(ln)273.2gFFFkCVVTVSqI(0)(0)(0)(273.2 )ggFEqVq VS第8页/共15页第八页，共16页。四、实验四、实验(shyn)(shyn)步骤步骤 1、在同一恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度的变化(binhu)曲线，确定其灵

5、敏度，估算被测PN结材料的禁带宽度； 选择合适的正向电流IF=60A，记下室温t及正向电压VF。 (*降温测量组：正向电流60A,记下初始温度t及正向电压VF )第9页/共15页第九页，共16页。四、实验四、实验(shyn)(shyn)步骤步骤 2、 将温度传感器实验装置上的“加热电流”开关置“开”位置，根据目标温度，选择合适的加热电流，在实验时间允许的情况(qngkung)下，加热电流可以取得小一点，如之间。 3、加热炉内温度开始升高，开始记录对应的VF和T于表2。第10页/共15页第十页，共16页。五、数据五、数据(shj)(shj)记录记录 表表1同一同一(tngy)IF下，正向电压与温

6、度的关系下，正向电压与温度的关系 IF= 60 A（每隔（每隔5度记录一个数据）度记录一个数据） 注意：在整个实验过程中，正向电流注意：在整个实验过程中，正向电流IF应并保持应并保持不变。设定的温度不宜过高，必须控制在不变。设定的温度不宜过高，必须控制在120以以内。内。序号序号12345678T/ 30 3540 45 5055 60 65VF/V 序号序号910111213141516 T/ 70 758085 90 VF/V 第11页/共15页第十一页，共16页。五、数据五、数据(shj)(shj)记录记录 记录降温过程的同学(tng xu)，IF =60 A,关闭加热电流，打开散热风扇

7、序号序号12345678T/ 100 9590 85807570 65VF/V 序号序号910111213141516 T/ 6055504540 VF/V 第12页/共15页第十二页，共16页。六、数据处理六、数据处理 1.根据表根据表1绘制绘制VF-T曲线曲线.（可采用（可采用excel软件绘图）软件绘图） 2.由由VF-T曲线求得曲线求得PN结正向压降随温度变化的灵敏度结正向压降随温度变化的灵敏度 3.将实验所得禁带宽度将实验所得禁带宽度Eg(0)=qVg(0) = eV，与公认，与公认(gngrn)值值Eg(0)=1.21 eV比较，并求其相比较，并求其相对误差。对误差。 2121FF

8、VVSTT第13页/共15页第十三页，共16页。相关相关(xinggun)(xinggun)物理量物理量 VF-PN结正向电压 IF-PN结正向电流 Vg(0)-在热力学温度为0K时，PN结材料的导带底和价带顶之间的电势差。 C-PN结与某些特性相关的常数(chngsh) K-玻尔兹曼常数(chngsh) -在一定条件下的特定常数(chngsh) Q-电子电量第14页/共15页第十四页，共16页。感谢您的观看(gunkn)！第15页/共15页第十五页，共16页。NoImage内容(nirng)总结一、实验目的。3. 确定PN结的灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度。第1页/共15页。价带（Valence band）：与价电子能级相对(xingdu)应的能带称为价带。导带(conduct b