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文档简介
1、PN结正向电压温度特性研究,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,二、实验仪器,温控仪,恒温电炉,PN结实验仪,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,PN结:导电载流子为空穴的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
2、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,N,P,内电场,三、实验原理,PN结温度传感器的基本方程 其中,线性项,非线性项,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。,三、实验原理,PN结温度传感器灵敏度,为PN结温度传感器灵敏
3、度,VF = VF(0) - St,三、实验原理,PN结材料禁带宽度 PN结材料的禁带宽度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,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 ),四、实验步骤,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
4、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。,五、数据记录,表1同一IF下,正向电压与温度的关系 IF= 60 A(每隔5度记录一个数据) 注意:在整个实验过程中,正向电流IF应并保持不变。设定的温度不宜过高,必须控制在120以内。,五、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,六、数据处理,1.根据表1绘制VF-T曲线.(可采用excel软件绘图) 2.由VF-T曲线求得PN结正向压降随温度变化的灵敏度 3.将实验所得禁带宽度Eg(0)=qVg(0) = eV,与公认值Eg(0)=1.21 eV比较,并求其相对误差。,相关物理量,VF-PN结正向电压 IF-PN结正向电流 Vg(0)-在热力学温度为0K时,
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