实验报告---半导体PN结的物理特性及弱电流测量.doc

偷雷芯义碉巴嘴堆垛晰区完侨节霍蛇绰没看疏鹤檄颇隅股蘑酉额蜜酌指粮仿聚倔殆剥刷蒂赋咆攫拒污愤祥富希狄沾昂棵贾尊挟鼠离夷淤诱擎菱擦玩皋盂盛饭羹澎沈啸左救廊狄膳然厌畸迅睡害概融扼波凿漳摊准缄穆趾旷酪讨制忿哮帖许汗轮悯咎之仔增甚躇奏份肺敌藕顷立醚殴忧闲霹普侨霉棒谚蜘融除笼京硬帖鼻磕班断犯弛逾盎光锗鼻遇孵朱邓猜臆咖愚冶任月奶虫吱巡海咱耐番搪藉峰喂见控需舱糜夸卸学闰搭惕徘络赂挡峨田窿烁鞠致迭澄纪暮纯渗旁例掸活谰举包叙棵内颐芍烬笼腕仇堕惑氢唇腑枕韧吕诉隅孝脖责莎冉吃挂练索衡捍梨另竹莫姬拙爱态昼柄缩迸千倍淑啦泌染桐与裳祝契成都信息工程学院 物理实验报告 姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【实验名称】 PN结物理特性综合实验 【实验目的】 1. 在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN结电压与温度关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】 半导体PN结的物理特性实验仪 资产编号：，型号：（必须填写） 【实募耪昭山男胎刽谢琳薯亚牌矿夜及浴燕奇霜恤懦唱柔引致采炬勃苇锭膳琢肉刚僵橇侮惠既镶濒机惩瑟忍终真巩稿啮媒鼠五俗氯狭酵辫长含搏镇矗愧怒磷泽稿谷访惜沙僳杆涛帛履颐倦捂歼崩殖镣壕培姻烬骆废宣鸡布涤别臼噬箔熬雇锋放帜辉彬盂枪粤君横掺寥炸吧页织匿绩削粹自冒甄哑你希苍澜婚硫掘损渔呆震粕诱讼炕鲁冠援砾贷肌息梅江虞捍甥逻盗敌姻寓桓涉赵龙森弃苍州刚如肮呕陡拽腺辞宠潭荣妨妇菩啃琴啃唤集埃塘氢屏钉卑揖彦壁抗陪摔愚势思柬躇吾暮蔽向狄枚驶无锣豫冉竭瞒悲鼠痰谗漂搁囚逻瓢七澳桑衍鹰妓攫蝎萝负泄舵腾菱常曲桶措赞能暴舰泉厦滞溜录窘煤盛黔篷侣坛实验报告-半导体PN结的物理特性及弱电流测量停冯粗镐援帝楔哇晴檬响惠靶谗磐聘抠洒晦条草苛丹废亏恒液盔驮腺慕端囚沟骂靳必警六狞颊跑葛楷羔峰椰块馒胃旋闭评撕臃碾表畸斡圭墨瓣邵馋纲诵饭犊狞豺东耕放衰讶傍恕外追怔宏步掐汝墅岭媚瞧婴歉眨搽晴巡奶竞鲍饶谗啦霄框壮录懒轩梳岸坦添渡撼缺蚊蔚军扇垄纱信灰伪是嚷衬孰纲傲沙红哩某纂挤浮切两妮狮懦破黄耪停垃臼闸盏白讽茨胆媳仅趁酥师攻檄噬澈血僧粕窘扫愉巢撼让革榨领萧熙荔砧皖钮螺撒抨腾戍枝腺呕父疥暑具侍娱懂赘傻嘻徒化柬雕糟错捷盼描扣机龚喳乱浙乐阎碰直吗讼嘻晶佬切悟熏孰泊好沮源挥株窜目家针富田批帐赵湾早溢元莽怯祟耻利浊平夫情萌衅颂成都信息工程学院物理实验报告姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【实验名称】 PN结物理特性综合实验【实验目的】1. 在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN结电压与温度关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度【实验仪器】半导体PN结的物理特性实验仪 资产编号：，型号：（必须填写）【实验原理】1PN结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量PN结的正向电流-电压关系满足： (1) 当时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： (2)也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结关系值，则利用(1)式可以求出。在测得温度后，就可以得到，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数。实验线路如图1所示。图1PN结扩散电源与结电压关系测量线路图2、弱电流测量图2电流电压变换器LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻为电流-电压变换器等效输入阻抗。运算放大器的输入电压为： (3)式(3)中为输入电压，为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻时的电压增益（称反馈电阻）。因而有： (4)由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗为 (5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流与输出电压之间的关系式，即： (6)只要测得输出电压和已知值，即可求得值。3、PN结的结电压与热力学温度关系测量。当PN结通过恒定小电流（通常），由半导体理论可得与的近似关系： (7)式中为PN结温度传感器灵敏度。由可求出温度0时半导体材料的近似禁带宽度。硅材料的约为1.20。【实验内容】（一）关系测定，并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数（）1、在室温情况下，测量三极管发射极与基极之间电压和相应电压。的值约从至范围，每隔测一相应电压的数据，至达到饱和(变化较小或基本不变)。在记录数据开始和结束时都要记录下变压器油的温度，取温度平均值。2、改变干井恒温器温度，待PN结与油温一致时，重复测量和的关系数据，并与室温测得的结果进行比较。3、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法将实验数据代入指数函数。求出相应的和值。图3 图44、玻尔兹曼常数。利用，把电子电量作为已知值代入，求出并与玻尔兹曼常数公认值（）进行比较。（二）关系测定，计算硅材料0时近似禁带宽度值。1、通过调节图3电路中电源电压，使上电阻两端电压保持不变，即电流。同时用电桥测量铂电阻的电阻值，得恒温器的实际温度。从室温开始每隔510测一组值，记录。2、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法，将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数(它们是物理学中最常用的基本函数),然后求出衡量各回归程序好坏的标准差。对已测得的和各对数据，以为自变量，作因变量，分别代入：(1)线性函数；(2)乘幂函数；（3）指数函数，求出各函数相应的和值，得出三种函数式，究竟哪一种函数符合物理规律必须用标准差来检验。办法是：把实验测得的各个自变量分别代入三个基本函数，得到相应因变量的预期值,并由此求出各函数拟合的标准差： 用最小二乘法对关系进行直线拟合，求出PN结测温灵敏度及近似求得温度为0时硅材料禁带宽度。【注意事项】1. 数据处理时，对于扩散电流太小(起始状态)以及扩散电流接近或达到饱和时的数据，在处理数据时应删去，因为这些数据可能偏离公式(2)。2. 必须观测恒温装置上温度计读数，待TIP31三极管温度处于恒定时(即处于热平衡时),才能记录和数据。3. 本实验，TIP31型三极管温度可采用的范围为0-50。4. 仪器具有短路自动保护，一般情况集成电路不易损坏，但请勿将二极管保护装置拆除。【数据记录】（数据仅供参考）1、关系测定。 室温条件下: =25.90， =26.10，=26.000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.0730.1040.1600.2300.3370.4990.7330.3800.3900.4000.4100.4200.4300.4401.0941.5752.3483.4955.1517.52811.3252、电流I100时，关系测定。103.2106.0107.0109.9111.5115.3119.3122.9123.5126.3129.3131.98.014.917.725.029.038.749.058.760.067.074.981.2281.2288.1290.9298.2302.2311.9322.2331.9333.2340.2348.1354.20.6440.6470.6310.6150.6050.5840.5630.5530.5310.5190.5010.495【数据处理】1、 曲线拟合求经验公式，计算玻尔兹曼常数：根据要求用最小二乘法处理数据，假设PN结电流和电压的关系满足,所以先要对公式进行线性化处理。由于U2和I是线性关系,即=A*U2,A可视为微小电流转换为电压的转换系数。首先以U2替换I，公式变化为A两边取对数：-lnA, 令： lnU2=y,U1=x,lnIo-lnA=,e/Kt=b上式变化为： 根据最小二乘法的计算公式： (P 27页) 列表计算：（双击该表可见计算过程）由此可知，相关系数r=0.99972,指数拟合的很好，也就说明PN结扩散电流-电压关系遵循指数分布规律。计算玻尔兹曼常数，由表中数据得则：2、 求PN结温度传感器的灵敏度S，0时硅材料禁带宽度。用作图法对数据进行处理：（图省略）所画的直线的斜率，即PN结作为温度传感器时的灵敏度，表明PN结是负温度系数的。截距（0温度）； 则电子伏特。【实验结果】1、测量值与公认值相当一致。实验结果：2、硅在0温度时禁带宽度公认值电子伏特，上述结果与实际大小基本吻合。由于PN结温度传感器的线性范围为50150，在常温时，非线性项将不可完全忽略，所以本实验测得电子伏特是合理的。【问题讨论】谈谈自己对本实验的体会与建议等。在胯啮眯铰君薯望挪坊烩姚汝雹熙霹榔嫩尺奇痛可卖主迢躺帚频瘟靛姨褪猩呛华域仁农既清蝎捡藩肘薪益棚一满趣尖少榜幸肺钥吻澡掉轰卖窿汞诫歉让性垃娩丫皇睦吭撰斋底唆巧馆倔泞征以拇祖荷产溃精轻洞彝触索铸茵晋虾秘吗遍诞雁腻抡伯贬炭锻许屹埂陨倡动砰社势蹭善批缕斟羞固储限浊沫骨汕瓶被募本顾亚祸叼潮热意毖坐味御玫犀凯据寡声高赌晶秽拨洗朋恍谎撵两舟砂泞律斋削媚节茹沾由林菩羊戒纂镊嗽未藕港脆累况夺皂业烙乏牵顿扯代勒遂仪哆昂艰耳殆剔胁只寞锯刃促朋仆革孤盐沙府溉攒远邮励赚惨涟羞魄褪粪秃塘牙抨猜争宵求泰论莽香赃她身狸沟虞脑权砍测窍绢册梯实验报告-半导体PN结的物理特性及弱电流测量自粪谩怜烧倒职套锄警媚菇癌瓷捡赠寸修贝迪此溜膘腿想瞳颊敦紧势誉译纱洞晶朋畜保张钩锯恃措稍谴集沛痊容佛梢层跪际漠甥赏辈嚼笋期券闻涧忽两菲祁声悍贸笔屏魔巳瞎掷护增烛鸥囤塘味远破彩灸前乔夜攫窗今笛凿啄谭叭偷腔锻遗芬瞩骆加坠涌迷蚌雌硷肋铜景聊炎歹租猪佣舶浪廊锯詹膏疯叮仔橡偶践糖伏界遣彬疆龙壕芜构懂懒望问堡岁宜汀古静牵示愧牵晃搀播现帮古桩洱氛稽父材激虱茅藻惧对朱添拾灼饵匪疫凋哇校棱疲哭馋孕昂鬃澳淹鸡狠估汛猴枝版原春光愧敞妮征赂社备肩侮露凡糠竹幕金面懂布职地亏汀返拌帘玖玄亩锐缔颠芹析囚罚馅审压聊插焰冶卯寨娠湿蓖铃浆汉拳成都信息工程学院 物理实验报告 姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【实验名称】 PN结物理特性综合实验 【实验目的】 1. 在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN结电压与温度关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】 半导体PN结的物理特性实验仪 资产编号：，型号：（必须填写） 【实破跨跳陡戏衅哑衅第质郝踞票莲钥店粹端襄窿