PN结特性试验报告

PN结正向电压温度特性研究―、宪验II的了郦卩N结正向电压随汨度亚化的薩本规律■2测屋卩N结正向伏安特性[III线.生测疑恒流条件下PN结疋向电压随温度变化的羌系曲线.4.确定PN结的测船灵敏度和被测lJN结材料的禁皓覽度。-,'工鉴仪器NKJ-B塑组合式薄学实验仪四、实验除理].PN结温度传感器的貳木方程根据半导休物理的理论.理想PN结的正阿电惋k和正向电压林存在卽下近似光系lt.=]1LdKP^VtATj (I)式屮q为电于贞臥丁X:哄力悄温度为反向饱和电淞它壯个和PN结材护|的禁帯宽度以址温度有关的系數。可以证明’l„=CTre^r-qV^/kT) ⑵式屮C是-与PN结的结面枳、搂欹敞反有良的常敦；k为玻尔兹範帝数；f在一定范团内也是常敦；成屮Cfi'jPN纠啲鮎而积、掺朵浓度有关的常数七k为玻尔筠曼常数：[在證范圉內也是常数：，为牡热丿」学汨度0反1卜1PN结材料的导带底i』[f「顶的电数茎，对丁盈定的材料.讥叩尾一个泾值.将式代入式(1),两边取对数,整理肺可得、'产V^-(UqlnC/rh)T-kT/t|ItiT1=V,-VhT ⑶其中 v,=-(k/q]nCyiK)rr% kr]7<|In]'1式⑵是PN结止向电压作为电流和漏度函数的衣达式，它圧PN结温度估感器的基本方有\苴中弘迅[卜截性项，实验和卵论讦明，住温度变化范用不人时，血的影响可以我勿略不计a倒如对于通常的硅MF結材料来说,在一刘一150P的温度区间内.其非线性谋輕是很小的.因此,根据式竹h对于给定的PN结材料,在允许的温度变化区间内・在T卜保推不变的条件心PN结的LE向电斥Vp对淋l度的依帧关系取决于践性项V,.即讥=*卿厂(賊1luC/W (4)因此「只要测,'I；|匕向电压的大小:便1可以得和J这吋:绑.i度■区便是PN第测温的帐据,T足热力洋淋度,柱实际潰呈屮使用不方便.冇必耍进行温标转换，即确宦PN谿止向变化用摄氏温度来左示°用t农示摄氏温度，用¥阳和¥卩狗分别农示t和0它时FN納的正向电压・因T=^73,2+t,则式⑷可表示为VHt^V\oi—(WqlnC/[^(273.2-+t)二Vm*—ik/qlriC7»)r(5a}迄电轉别姿注竄在PN結传感器1丼中，通讨PN站的电流宴滋持不变，即应fR流供电。令 S=kJqInC/l,S称为PN^'U感器显败度。则式廿厂町衣示为$称为PN結技感器灵敏度。则式(5)示肯V,^Vru-Si (5h)或 i=-AV/S ⑹式中△V=V[；ll-VFiOh是温度为、时PN结的卜向电JV'jCT.II-h的止向电比増量•这就是PN结斯1度传感器伍摄氏隘标下前测斯1原理公式°确疋PN结材科的禁带宽度PN结村料的禁带宽度氏训址戈为电子的电量q与热力学温度0K时FK结材料的导帯底利价芾顶的屯势差讥綁的乘枳.即由丁-本实验是从室温开始.•般用室温测得时PN站止向电压来计算E取叶根揺式〔4).凋用©表示室加・则育V^ofVj,-；14>|45(273.2+t^o))所以Ej*iu|=QVg(ui—c'|[VFntij+S(273.2+to)]| (7)五、实验内容与步骤测量PN结正向伏安特性曲线。由式(4)可以看出，在温度不变的条件下，PN结的正向电流IF与电压VF呈指数曲线关系，本实验要求绘出室温和t=40°C两条PN结伏安曲线。用坐标纸绘出相应曲线。测量恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线。本实验要求测出IF=50uA条件下PN结正向电压随温度变化曲线。实验中每隔5C测一个数据，直至加热到85C。要先记下室温时PN结的电压VF值。用坐标纸绘出相应曲线。确定PN结的测温灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度。以t作横出坐标，VF作纵坐标，作t-VF曲线。正确地采用两点式求斜律的方法，计算PN结温度传感器的灵敏度SS=-(V2-VJ/.计算热力学温度0K时PN结材料的导带底与价带顶的电位差Vg<0>F<to>+S(273.2+to)⑶•计算PN結材料的禁带宽度E®利用计算出的值求E迥，并与其公认值1.22V比较、计算其误差。六、实验数据与处理1、PN结正向伏安特性曲线表一：注I=50A时，U=483mV由压/V0.250.2750.30.3250.350.3750.40.4250.45室温申流/卩A0.50.91.635.49.315.223.133.340度电流/nA1.62.84.98.213.320.830.241.153.9绘制成曲线如下PN结伏安特性曲线++系列1■系列2一指数(系列D一指数(系列2)系列2为40度时的伏安特性曲线，系列一为室温(25.1度)时的伏安特性曲线由计算机进行拟合可知，I-U满足指数关系的可信度很高。2、恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线。表二 注：I=50aA 室温25.1°C时U=483mV温度/°c40455055606570758085电压/mV443415406391373356344334319308计算机绘图如下:恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲

线Cl=50tXA)曲线拟合得U=-2.9t+551.1(mV) ，相关系数R2=0.9902，可信度很高即灵敏度S=2.9mV/°C计算得VF(to)=478.3mV由匕•‘