PN结物理特性.ppt

1、半导体PN结的物理特性，石浩，1 .实验目的2 .实验原理3 .实验内容4 .实验数据处理5 .总结和收获，1 .实验目的(1)测量半导体PN结电流和电压的关系(2)测量PN结温度传感器的灵敏度和玻尔兹曼常数2 .实验原理PN结(2)不同的掺杂在同一半导体(通常为硅或锗)基板上制作p型半导体和n型半导体，并在它们的边界面形成作为空间电荷区域的PN结。 PN结具有单向导电性。 p是positive的略称，n是negative的略称，表示正荷子和负荷子工作的特征。 一方的单晶半导体中，在一方被掺杂了受主的杂质是p型半导体，另一方被掺杂了施主的杂质是n型半导体的情况下，将p型半导体与n型半导体的界面

2、附近的迁移区域称为PN结。 PN结有同质结和异质结两种。 由同一半导体材料构成的PN结称为同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料构成的PN结称为异质结。 (1)PN伏安特性及波尔兹曼常数测定本实验使用硅晶体管连接公共基极线路，此时集电极和基极极短，集电极电流中只有扩散电流。 复合电流主要出现在基极，测量集电极电流时不包括在内。 本实验选用性能良好的硅晶体管(TIP31型)，实验偏压低，表面电流的影响可以完全忽略。 (2)弱电流测定LF356，如图所示，是构成电流电压变换器(弱电流放大器)的高输入阻抗集成运算放大器。 其中虚线框内电阻Zr是电流-电压转换器的等效输入阻抗。 (3).PN结的结电压

3、u和热力学温度t的关系测定，3 .实验步骤，(1)U1是3位半数字电压校正，U2是4位半数字电压校正，TIP31型是带散热板的功率晶体管，调节电压的分压器是多转电位计，为了使PN结与周围环境一致(2)在室温下，测量与晶体管的发射极和基极之间的电压U1对应的电压U2。 在常温下，U1的值在约0.3V到0.42V的范围内，每隔0.01V测量一次数据，测量约10个据点，直到U2值达到饱和为止(U2值的变化小或几乎不变)，测量结束。 在记录数据开始和记录数据结束双方同时记录变压器油的温度，取温度平均值。 (3)改变干井恒温器的温度，反复测量U1和U2的关系数据，直至PN结和油温湿度一致，并与室温下测量

4、的结果进行比较。 (4) .求曲线拟合经验公式：用最小二乘法将实验数据分别代入线性回归、指数回归、幂回归三种常用基本函数(它们是物理学最常用的基本函数)，并求各回归程序好坏的标准差。 对于测定的U1和U2的各对数数据，将U1设为自变量，将U2设为要因变量，分别代入：(a )线性函数U2=aU1 b； (b )幂函数U2=aU1b； (c )指数函数。 求与各函数对应的a和b的值，得到3种函数式，哪种函数符合物理规律要用标准差检查。 方法是将实验中测定的各自变量U1分别代入3个基本函数，得到各自的主要因素变量的期待值U2*，从而求出各函数的拟合的标准偏差。 二、关系测定，求出PN结温度传感器灵敏

5、度s，计算出接近硅材料0K时的禁带宽度的值。 1 .通过调节电路中的电源电压，使上电阻的两端电压保持一定，即电流I100A。 同时用电桥测量铂电阻的电阻值，通过调查铂电阻值和温度关系表可得到恒温器的实际湿度。 从室温每隔510秒测定一定值(即V1 )和温度()的关系，求出关系。(测定至少6点以上的数据)2.用最小二乘法对关系进行直线拟合，求出PN结测温灵敏度s以及近似求出温度为0K时的硅材料禁带宽度，4 .实验数据处理，1 .求出关系测定、曲线拟合经验式，修正玻尔兹曼常数。 分别以U1为自变量、以U2为主要变量，进行线性函数、幂函数、指数函数的拟合。 2 .在电流I100A的情况下，测量关系，

6、获得PN结温度传感器的灵敏度s，并计算0K进制硅材料的近似禁带宽度。 线性回归、幂回归、指数回归拟合、实验结果、1 .校正玻尔兹曼常数：从数据得到e/k=bT=1.059104 CK/J时=1.51310-220，用ORANGE对数数据进行直线近似： (1)斜率，即传感器灵敏度s 截距=1.1169 V(0K温度) (3)相关系数r 0.98235 (4)，6 .总结和收获，这个实验看起来步骤很多，特别是要测量3组数据，改变电路，加热冷却，然后老师讲了原理，才明白其原理根据电路图连接电路，对每个部分进行试验，发现这个实验并不复杂。 分析数据时，由于最初对扩散电流过小(初始状态)，没有删除扩散电流接近或