PN结特性和玻尔兹曼常数测定

PN结特性和玻尔兹曼常数测定1、实验目的1.在同一温度下，正向电压随正向电流的变化关系，绘制伏安特性曲线；2.在不同温度下，测量玻尔兹曼常数；3.恒定正向电流条件下，测绘结正向压降随温度的变化曲线，计算灵敏度，估算被测结材料的禁带宽度2、实验仪器1.FB302A型结特性研究与玻尔兹曼常数测定仪2.温度传感器PT1003.PN-Ⅱ型PN结综合实验仪3、实验原理3.1.PN结伏安特性与玻尔兹曼常数测定由半导体物理学可知，结的正向电流-电压关系满足：(1)式(1)中是通过结的正向电流，是不随电压变化的常数，是热力学温度，是电子的电量，为结正向电压降。由于在常温时，，而结正向电压下降约为十分之几伏，则，于是有：(2) 也即结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得结关系值，则利用(1)式可以求出。在测得温度后，就可以得到常数，把电子电量作为已知值代入，就可以求得玻尔兹曼常数，测得的玻尔兹曼精确值为。 为了精确测量玻尔兹曼常数。不用常规的加正向压降测正向微电流的方法，而是采用范围的可变精密微电流源，能避免测量微电流不稳定，又能准确地测量正向压降。3.2.弱电流测量 以前常用光点反射式检流计测量量级扩散电流，但该仪器有许多不足之处且易损坏。本仪器没有采用高输入阻抗运算放大器组成电流-电压变换器(弱电流放大器)测量弱电流信号，温漂大、读数困难等。为了更精确地测量玻尔兹曼常数，而设计了一个能恒流输出范围的精密微电流源。解决了在测量中很多不稳定因素，能准确地测量正向压降。3.3.PN结的结电压与热力学温度关系测量结通过恒定小电流(通常电流)，由半导体物理可知和近似关系：…(3)式(3)中为结温度传感器灵敏度。由可求出温度时半导体材料的近似禁带宽度。硅材料的约为。4、实验内容与主要步骤1.实验系统检查与连接：(1)三极管的bc极短路，be极构成一个结，并用长导线连接测量仪，可方便插入加热器。(2)用七芯插头导线连接测试仪器与加热器。“加热功率”开关置“断”位置，在连接插头时，应先对准插头与插座的凹凸定位标记，即可插入。带有螺母的插图1结温度特性测试2.确定灵敏度根据灵敏度的定义，可知被测结正向压降随温度变化的灵敏度为曲线中拟合曲线的斜率，即有：3.估算结材料的禁带宽度根据式(4)可知：…(6)则算出禁带宽度： 相对误差：4.玻尔兹曼常数测量(1)30℃时表230.0℃时U-I实验数据表I(nA)20304050607080Ube(V)0.3550.3620.3670.3720.3760.3800.383I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3860.3890.3910.3930.3940.3970.398根据上述数据利用matlab绘制成相应的分析图(代码见附录B)，如图2所示。 (2)45℃时表245.0℃时U-I实验数据表I(nA)20304050607080Ube(V)0.3140.3210.3240.3310.3340.3380.341I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3440.3460.3480.3500.3520.3550.358 此处实验数据以及图表的处理同上，不再赘述。(3)60℃时表260.0℃时U-I实验数据表I(nA)20304050607080Ube(V)0.2680.2760.2820.2870.2920.2950.299I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3020.3040.3070.3090.3110.3130.