PN结特性实验报告

(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。DHSJPN结正向电流IF和压降VF之间存在如下近似关系s和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数对温度的关系(通常取r=3.4)；Vg(0)为0K时联立二式可得是常数，其数值取决于少数载流子迁移率PN结材料的导带底和价带顶的电势差。l温度由T1变为T时，正向电压由VF1变为VF时，正向电压理论值与忽略非线性部分值得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IF也可改善线度)，令IF=常数，则正向压降只随温度升高线性下降，这就是PN结测温的依据。1.实验系统检查与连接关闭DH-SJ型温度传感器实验装置上的“加热电流”、“风扇电流”开关，接上加热电源Pt00温度传感器和PN结温度传感器，两者连接均为直插式。PN结引出线分别插入PN结正向特性综合试验仪上的+V、-V和+I、-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。2.玻尔兹曼常数k的测定测得PN结I~V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。3.至少完成对一种PN结材料的V~T曲线的测量及数据处理(1)测定V~T关系曲线选择合适的正向电流IF(如IF=50µA，一般选小于100μA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VF (TR)。将DH-SJ型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0.6A之间)。这时加热炉内温度开始升高，记录对应的VF和T。可按VF每改变10mV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ΔV~T曲线。(2)根据作出的ΔV~T曲线的斜率就是S求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S(mV/℃)。(3)估算被测PN结材料的禁带宽度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PN结材料：硅实验温度T=17.6CsUU/VF0.3580.3730.3820.3910.3970.402I/AF0.0100.0200.0300.0400.0500.060U/VF0.4060.4100.4120.4150.4340.444I/AF0.0700.0800.0900.1000.2000.300U/VF0.4510.4560.4620.4650.4690.472I/AF0.4000.5000.6000.7000.8000.900U/VF0.4750.4780.4800.4830.4850.486I/AF理想的PN结正向电流I与压降U存在如下近似关系FFI=Iexp(qUF)FSkT将上表数据进行拟合得到FF工作电流I=50.0AFUU=U(T)U(T)/mVFFS0-10-20-30-400-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110U(T)/mVF908070605040302010.6.943.844.745.549.01.55.79.82.26.3控温电流/A0.500锗硅拟合结果如下FF估算禁带宽度gFgg计计算值E(0)/eVg公认值E(0)/eVg相对误差n/100%F89.89625.11灵敏度-1.746-2.504gPN结材料锗硅误差分析：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kkTT=VV=r(TT)+ln()r理想Fq1qT1初初始温度T/K17.9末温度T/K7.09.5UmV0UF0.185PN结材料锗硅由此可见，在温度变化范围内，两种PN结材料中由.V引起的线性误差均远小于U，且显然对锗的影响程度大于硅。2.电流引起的误差 (1)耗尽层复合电流Iexp()2kT (2)界面杂志引起的表面电流Iexp(eV),m>22mkTI、I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12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