实验5.3-PN结特性

实验名称实验名称 实验实验 5 3 PN 结特性结特性 班班 级级 信计 0902 实验日期 实验日期 2011 年 5 月 5 日 学生姓名 学生姓名 宋鹏 学号 学号 40964044 组别 组别 J43 实验目的 1 研究 PN 结正向压降随温度变化的基本规律 2 学习用 PN 结测温的方法 3 学习一种测量玻尔兹曼常数的方法 实验原理 PN 结的 I V 特性 理想 PN 结的正向电流 IF和正向电压 VF存在如下近似关系式 1 式中 q 为电子电量 T 为热力学温度 k 为玻尔兹曼常数 Is为反向饱和电流 它是一个和 PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数 两边取对数得 可以证明 2 exp1exp FF Fss qVqV III kTkT lnln FFs q IVI kT 0 exp gr s qV ICT kT 式中 C 是与 PN 结的结面积 掺杂浓度等有关的常数 k 为玻尔兹曼常数 r 为常 数其值取决于少数载流子迁移率对温度的关系 通常取 r 3 4 Vg 0 为热力学温 度 0K 时 PN 结材料的导带底与价带顶的电势差 对于给定的 PN 结材料 Vg 0 是一 个定值 将公式 2 代入公式 1 两边取对数 整理后可得 这就是 PN 结正向电压作为电流和温度函数的表达式 它是 PN 结温度传感器的基 本方程 实验仪器 QS J 型 PN 结正向压降温度特性实验组合仪 实验内容 1 测定玻尔兹曼常数 k 测得常温下 Si 管 PN 结的 IF VF关系 并将所得到的结果与 标准值 k 1 3807 10 23J K 相比较 2 VF TR 的测量 开启测试仪电源 预热数分钟后 将 测量选择 开关 以下简称 K 拨到 IF 由 IF调节 使 IF 50 A 再将 K 拨到 VF 记下 VF TR 值 再将 K 置于 V 调节 V 使 V 0 3 测定 V T 曲线 取走冰瓶 开启加热电源 指示灯即亮 逐步提高加热电流进行变温实验 并记 录对应的 V 和 T 至于 V T 的数据测量 可按 V 每改变 10mV Si 或 5mV Ge 读取一组 V T 这样可减小测量误差 应该注意 在整个实验过程中 升温速率要慢 且温度不 宜过高 Si 管测量升温 室温 85 Ge 管测量降温 45 室温 4 求被测 PN 结正向压降随温度变化的灵敏度 S mV 做 V T 曲线 其斜率就 是 S 5 估算两种被测 PN 结材料的禁带宽度 Eg 0 qVg 0 注意事项 1 加热电流要缓慢增加 每分钟增加 0 1A 直到 0 5A 为止 不再增加 2 不要用手触碰 PN 结以及测温原件 以免损坏仪器 3 温度降到 45 以下时再切换到 Ge 管进行测量 以免 Ge 管烧毁 0lnln r Fglnl F kCkT VVTTVV qIq 数据与数据处理 表 5 3 0 VF IF IF uA2481632641282565121024 VF m v 532548563580598615633651670688 In IF0 6931 3862 0792 7733 4664 1594 8525 5456 2386 931 VF v 表 5 3 1 v T 曲线测量数据记录表 PN 结材料 硅 实验起始温度 TS 21 0 工作电流 IF 50 A 起始温度为 TS时的正向压降 VF TS 610 mV 控温电流 A V VF T VF Ts mvT CT 273 2 T K 1026 4299 6 2031 0304 2 3035 8309 4040 5313 7 5045 0318 2 6049 8323 7054 5327 7 8059 1332 3 9063 7336 9 10068 1341 3 11072 7345 9 12077 3350 5 13081 9355 1 0 4A 14086 6359 8 表 5 3 2 v T 曲线测量数据记录表 PN 结材料 锗 实验起始温度 TS 45 工作电流 IF 50 A 起始温度为 TS时的正向压降 VF TS 25 mV V VF T VF Ts mvT CT 273 2 T K 045 0318 2 342 2315 4 639 5312 7 937 5310 7 1235 6308