PN结正向特性的研究[专业内容]

1、PN结结正向正向电压温度电压温度特性特性 研究研究 1应用2 一、实验目的一、实验目的 1.了解PN结正向压降随温度变化的规律 2. 测量恒流条件下，PN结正向压降随温度变 化的曲线 3. 确定PN结的灵敏度和被测PN结材料的禁 带宽度 2应用2 二、实验仪器二、实验仪器 温控仪 恒温电炉 PN结实验仪 3应用2 价带（Valence band）：与价电子能级相对应的 能带称为价带。 导带(conduct band)：价带以上能量最低的允许 带称为导带。 禁带(band gap)：导带与价带之间的不存在薛定 谔方程本征解得能量区间称为禁带。 三、相关概念三、相关概念 4应用2 PN结：导电载流

2、子为空穴的P型半导体在与 多数载流子是电子的N型半导体“接触”后， 由于电子和空穴密度差的存在，将使电子自 N区向P区扩散，空穴自P区向N区扩散，结 果在交界处形成电荷区，这就是PN结。 + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 势垒区势垒区 N N P P 内电场内电场 5应用2 三、实验原理三、实验原理 PN结温度传感器的基本方程 其中 r nT q kT Vln1 (0)11(ln)ln r Fgn F kCkT VVTTVV qIq 1(0)(ln)

3、g F kC VVT qI 线性项 非线性项 6应用2 三、实验原理三、实验原理 PN结温度传感器的基本方程 对给定的PN结材料，如果正向电流恒定不变， 在允许的温度变化区间内，PN结的正向电压 与温度成线性关系，即正向电压随温度的升 高而线性下降，即, 因此，只要测出正向电压的大小，就可得知 这时候的温度，这就是PN结测温的依据。 (0)(ln)Fg F kC VVT qI 7应用2 三、实验原理三、实验原理 PN结温度传感器灵敏度 ln F kC S qI 为PN结温度传感器灵敏度 VF = VF(0) - St 8应用2 三、实验原理三、实验原理 PN结材料禁带宽度 PN结材料的禁带宽度

4、Eg(0)定义为电子的电量q与热 力学温度0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差 Vg(0)的乘积。 当t = 0时，T=273.2，VF=VF(0)，有 所以 (0)(0)(ln)273.2gFF F kC VVTVS qI (0)(0)(0)(273.2 )ggFEqVq VS 9应用2 四、实验步骤四、实验步骤 1、在同一恒定正向电流条件下，测绘PN结 正向压降随温度的变化曲线，确定其灵敏度， 估算被测PN结材料的禁带宽度； 选择合适的正向电流IF=60A，记下室温t及 正向电压VF。 (*降温测量组：正向电流60A,记下初始温度 t及正向电压VF ) 10应用2 四、实验步骤四、实验

5、步骤 2、 将温度传感器实验装置上的“加热电流” 开关置“开”位置，根据目标温度，选择合适 的加热电流，在实验时间允许的情况下，加 热电流可以取得小一点，如0.30.6A之间。 3、加热炉内温度开始升高，开始记录对应 的VF和T于表2。 11应用2 五五、数据记录数据记录 表表1同一同一IF下，正向电压与温度的关系下，正向电压与温度的关系 IF= 60 A （每隔（每隔5度记录一个数据）度记录一个数据） 注意：在整个实验过程中，注意：在整个实验过程中，正向电流正向电流IF应并保持不应并保持不 变变。设定的温度不宜过高，必须控制在。设定的温度不宜过高，必须控制在120以内。以内。 序号序号123

6、45678 T/ 30 3540 45 5055 60 65 VF/V 序号序号 910111213141516 T/ 70 75 80 85 90 VF/V 12应用2 五五、数据记录数据记录 记录降温过程的同学，IF =60 A,关闭加热电流， 打开散热风扇 序号序号12345678 T/ 100 9590 85 807570 65 VF/V 序号序号 910111213141516 T/ 6055 50 45 40 VF/V 13应用2 六、数据处理六、数据处理 1.根据表根据表1绘制绘制VF-T曲线曲线.（可采用（可采用excel软件绘图）软件绘图） 2.由由VF-T曲线求得曲线求得PN结正向压降随温度变化的灵敏度结正向压降随温度变化的灵敏度 3.将实验所得禁带宽度将实验所得禁带宽度Eg(0)=qVg(0) = eV，与公认值，与公认值Eg(0)=1.21 eV比较，并求其比较，并求其相对相对误差。误差。 21 21 FF VV S TT 14应用2 相关物理量相关物理量 VF-PN结正向电压