用锁相放大器测量结电容

1、 潘明良数理0920912400216实验内容用锁相放大器测量结电容【实验目的】1.了解通过测量不同偏压下p-n结势垒电容求杂质分布的原理和方法2.学习使用锁相放大器【实验原理】 1.p-n结的势垒电容 在器件的使用温度范围内，p-n结的点穴性能由杂质决定。即多子浓度与掺杂浓度相等而少子浓度比杂质浓度低得多。因此，p区和n区交界处存在着空穴和电子的浓度梯度。p区的空穴要想n区域扩散，放在p区剩下带负电的电离受主，形成一个带负电荷的区域。同样，n区的电子要想p区扩散，在n区剩下带正电的电离施主，形成一个带正电荷的区域。这样在p区和n区交界面两侧形成的带正负电荷的区域叫空间电荷区域。 图1 p-n

2、结的结电容给p-n结加上反偏电压VR，空间电荷区的宽度w和空间电荷区域所带的空间电荷量Q都会发生变化。定义为p-n结的结电容，这是个微分方程，它是p-n结的势垒电容。为了简单起见，下面我们只讨论突变结。突变结p区的杂质浓度为NA，n区的杂质浓度为ND，p区和n区的交界处，杂质分布有一突变。如果一边的杂质浓度比另一边大得多，则称之为单边突变结。可以证明，单边突变结的结电容又由得到 2.结电容的测量方法在反向直流偏压VR上叠加一个微小的交变电压信号，待测的p-n结电容Cx与一个固定电容Co串联后接交流信号源v（t）。用锁相放大器检测Co两端的电压vi，当Co>>Cx时，有上式表明，电容

3、上的交变电压与待测的p-n结电容成正比。由于是微分电容，测量时在直流负偏压上叠加的交变电流必须比+小得多。再加上>>的要求，所以是一个微弱的交变电压。为了提高信噪比，对的测量必须使用锁相放大器实验时缓慢改变，逐点测量得到完整的-曲线，然后把待测二极管换成一个大小与结电容相当的标准电容，测出此时两端电压，同样的然后得3. 锁相放大器 锁相放大器是一种微弱信号检测设备。它适于检测频域信号(正弦波、方波、类方波），能把埋在噪声中的有线信号提取出来。LIA这种抑制噪声的能量是通过“窄带化处理”实现的。 所谓信号的强弱，是相对噪声而言的，起衡量指标是信噪比SN。设法提高信噪比是微弱信号提取德

4、尔中心任务。通常噪声电压有效值的平方正比于噪声宽带。设信号带宽为B的噪声，检测器的等效噪声带宽为,则信噪比改善SNIR为 可见检测器的等效噪声带宽越窄有利于信噪比的提高。 通常的带通滤波器BPF（Band Pass Filter）便具有压缩带宽的能力，但在微弱信号检测系统中仅靠BPF是不够的。例如，假定频率为的信号婚后带宽为B-=1k的噪声，要求达到SNIR=100，则须令=0.1，这就要求BPF的Q值高达，而且BPF的中心频率还要对信号频率进行非常准确的跟踪，是不能实现的。LIA利用相敏检波器PSD作频率搬迁，从而可以用低通滤波器LPF代替BPF，很好地解决了高QQ和频率跟踪问题。参考与信号

5、同频率且有固定相位关系。PSD其实是只乘法器，它能完成与的乘法运算。设=。由于在进入PSD钱先经过“参考通道”的处理，使它的幅值恒定，为便于讨论，不妨令=1.经PSD作乘法计算后得：=式中第一项是差频率。可以通过LPF；第二项是和频率，不能通过LPF，因此LIA的最终输出为：从上面不难说明f满足的噪声能通过LPF进到输出端，其余均被滤去。LPF其实是只积分器，它的带宽决定于积分器的时间常数，计算说明，LPF的等效噪声带宽 可以取的很大的值，也就是说LPF的带宽可以很窄，从而使整个LIA的有效Q值可以高达，可见LIA具有很强的抑制噪声能力。【实验步骤】 实验测定一个二极管2DP4D的C-V特性曲

6、线并且求出它的杂质分布。2DP4D是pn结，p区是轻掺杂区，所求的的杂质分布是p区的杂质分布NA。1. 熟悉一起和计算机程序，正确连接一起和测量线路，考虑设置SR510的各种参数，VCO的工作频率、FD、Tc、动态贮备、相移量，以及是否使用BPF和陷波器等。2. 先用较短的扫描时间例如100s尝试测量，从SINE OUT 输入1V电压，分别用Tc=100ms和Tc=1ms，比较测量结果，在从SINE OUT 输入0.1V电压，也用不同时间比较测量结果，同时观察用与不用BPG以及选择不同的动态储备会产生什么效果。在延长扫描时间，看看产生什么效果。通过以上实验。你对LIA的工作原来和参数选择有什么

7、体会？3. 测量一条满意的vi-VR曲线，用标准电容校正后，把它转变成为Cx-VR曲线，然后求出NA-w曲线，把这三条曲线分别用打印机打印下来。【数据表格】 指标输出电压 DPF动态储备评分SIN OUT =1V=2mV0.1s In Low80 Nov75 High60Out Low70 Nov80 H75SIN OUT =0.1V=200uV1ms out Low溢出 Nov60 High50 in Low50 N50 H40SIN OUT =0.1V=200uV0.1s In L70 N65 H60Out L溢出 N85 H50SIN OUT =1V=2mV1ms out L溢出 N60 H30in L50 N30 H520【学习体会】 通过老师的提问与解释，使我对实验过程、原理都有了更深的认识。比如：“=式中第一项是差频率。可以通过LPF；第二项是和频率，不能通过LPF”为什么呢？自己看书时看到LIA是低通滤波器，我想应该是