PN结特性实验报告

1、专业：应用物理题目：PN 结特性实验目的研究 PNPN 结测温的方法。实验仪器DH-PN-2 型 PN DH-SJ 温度传感实验装置实验原理PN 结正向电流 IF 和压降 VF 之间存在如下近似关系其中 q 和 PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数其中 C 对温度的关系（通常取 r=3.4）；Vg(0)为 0K 时 PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。联立二式可得Vl 随温度线性变化，Vnl 为非线性变化，若忽略非线性部分，误差分析如下温度由 T1 变为 T VF1 变为 VF 偏差为当温度变化范围较小时，该偏差可忽略（通过改变温度与也可改善线度），令 IF=PN 结测温的依据。实验步

2、骤实验系统检查与连接关闭 DH-SJ线。插好 Pt100 温度传感器和 PN PN 结引出线分别插入 PN +V、-V +I、。打开电源开关，温度传感器实验装置上将显示出室温 TR，记录下起始温度 TR。k 的测定测得PN 结 IV 关系，求出玻尔兹曼常数 k。将 PN 结正向特性综合试验仪上的电流量程置于适当档位，调整电流调节旋钮以改变正向电流 IF 输出示值，观察记录相应的正向电压 VF 值读数。PN VT 曲线的测量及数据处理测定 VT IF（如 =50A，一般选小于 100A的值，以减小自身热效应），并保持不变。实验的起始温度TS 取为室温 TR，记录相应的 （TR）。将 DH-SJ

3、（0.3 0.6A 之间）VF 和 T 。可按 VF 每改变 10 mV或 5mV 读取一组 V、T，这样可以减小测量误差。注意：在整个实验过程中，正向电流 IF 应保持不变。升温速率要慢，且设定的温度不宜过高（硅管必须控制在 120以内，锗管必须控制在 45以内）。根据数据，绘制 曲线。根据作出的 曲线的斜率就是 S求被测 PN S（mV/）。PN Eg（0）=qVg（0），忽略非线性项的影响，。此时温差T=-273.2K。将根据此式计算得到的 0K 时的禁带宽度 Eg（0）值与公认值（硅Eg（0）=1.21eV，锗 Eg（0）=0.78eV）比较，求其相对误差。数据分析IU 曲线测量数据P

4、N 结材料：硅 实验温度TU/U/VFI/FU/VFI/FU/VFI/AFUF/VI/F17.6 C0.3580.3730.3820.3910.3970.4020.0100.0200.0300.0400.0500.0600.4060.4100.4120.4150.4340.4440.0700.0800.0900.1000.2000.3000.4510.4560.4620.4650.4690.4720.4000.5000.6000.7000.8000.9000.4750.4780.4800.4830.4850.4861.0001.101.201.301.401.50玻尔兹曼常数 k 的确定理想的

5、PN 结正向电流I与压降U存在如下近似关系FFqUI IFSexp(F )kT将上表数据进行拟合得到I2.28108 F), (R2 0.99934)q37.015k1.49031023J/K kT与标准值k 1.3807 1023 J / K 的相对误差为 7.9%UT 曲线测量数据工作电流I50.0APNPN控温电流/AU)/mVU U)U) /mVT / CT / KFFFS锗0.50055020.6293.845-1025.9299.135-2030.6303.825-3036.3309.515-4043.8317.0硅520044.7317.9510-1045.5318.7500-2

6、049.0322.2490-3053.1326.3480-4057.3330.5470-5061.5334.7460-6065.7338.9450-7069.8343.0440-8073.9347.1430-9078.0351.2420-10082.2355.4410-11086.3359.5拟合结果如下U 1.746T 89.89,(R2 0.9918)F估算禁带宽度U 2.504T 625.11,(R2 0.99551)FU (0) UgF(0 C) S T)E qUPN 结材料PN 结材料灵敏度S(mV/）U(0C)/FU(0)/VgE / eVgE / eVg相对误差 /100%(0)

7、(eV)锗-1.74689.890.570.570.7826.9硅-2.504分析与讨论625.111.311.311.218.2误差分析：锗的禁带宽度相对误差明显大于硅的相对误差1.V引起的线性误差n1kkTTVV理想Fr(T qT)ln()rqTPN 结材料PN 结材料初始温度T / K1末温度T / K/ mVU / mV/%UF锗293.8317.00.26401.73硅317.9359.50.761100.185由此可见，在温度变化范围内，两种PN 结材料中.V引起的线性误差 均远小于U ，n1且显然对锗的影响程度大于硅。电流引起的误差耗尽层复合电流I1 exp( eV )2kT界面杂志引起的表面电流I2exp( eV), m 2mkTI 、I12均随 T 升高而减小，因此温度越高引起的二极管电流误差越小，由于锗管实验中温度低于硅管，即电流误差对锗管的影响较大。综上可以解释测得锗的禁带宽度相对误差明显大于硅的相对误差。为减小上述误差，可在允许范围内，尽量提高实验温度并减小温度变化范围。结论实验通过硅管的 U-I线测得玻尔兹曼常数k 1.49031023 J/K 与标准值k 1.3807 1023 J