ＰN结正向压降与温度关系得研究实验报告班级:材物4１姓名:禇雨婷学号：2１4090600１一、实验目得(1)了解ＰN结正向压降随温度变化得基本关系,测定PN结特性曲线及玻尔兹曼常数;(2）测绘PN结正向压降随温度变化得关系曲线,确定其灵敏度及PN结材料得禁带宽度；(３)学会用PＮ结测量温度得一般方法。二、实验仪器SQ-J型PN结特性测试仪,三极管(3DG6),测温元件,样品支架等。三、实验原理１、PN结特性及玻尔兹曼常数k得测量:由半导体物理学中有关PN结得研究可以得出PN结得正向电流与正向电压满足以下关系＝（exp－1）⑴式中e为电子电荷量、k为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,为反向饱与电流,它就就是一个与PN结材料禁带宽度及温度等因素有关得系数,就就是不随电压变化得常数。由于在常温(30０K）下,kＴ/ｑ=0、0２６,而PN结得正向压降一般为零点几伏,所以exp》,1上式括号内得第二项可以忽略不计,于就就是有⑵这就就就是PＮ结正向电流与正向电压按指数规律变化得关系，若测得半导体PＮ结得关系值,则可利用上式以求出e/kT、在测得温度T后,就可得到e／k常数,将电子电量代入即可求得玻尔兹曼常数ｋ。在实际测量中,二极管得正向关系虽能较好满足指数关系，但求得得k值往往偏小,这就就是因为二极管正向电流中不仅含有扩散电流,还含有其它电流成份。如耗尽层复合电流、、表面电流等。在实验中,采用硅三极管来代替硅二极管，复合电流主要在基极出现,三极管接成共基极线路(集电极与基极短接),集电极电流中不包含复合电流。若选取性能良好得硅三极管,使它处于较低得正向偏置状态,则表面电流得影响可忽略。此时集电极电流与发射极—基极电压满足⑵式,可验证该式，求出准确得ｅ/k常数。2、PN结材料禁带宽度得测量:由物理学知,PN结材料禁带宽度就就是绝对零度时PＮ结材料得导带底与价带顶间得电势差有如下关系⑶⑶式中,r就就是常数,C就就是与结面积、掺杂浓度等有关得参数,将⑶式代⑴式后两边取对数得⑷其中⑷式即为PＮ结正向压降、正向电流与温度间得函数关系，它就就是PＮ结温度传感器工作得基本方程。若保持正向电流恒定即常数,则正向压降只随温度变化，显然,⑷式中除线性项外还含有非线性项,但可以证明当温度变化范围不大时(对硅二极管来说,温度范围在-５０℃－150℃）引起得误差可忽略不记。因此在恒流供电条件下,PN结得正向压降对环境温度T得依赖关系主要取决于线性项,即ＰN结得正向压降随温度升高而线性下降,这就就就是PＮ结测温得依据。但必须指出，这一结论仅适用于杂质全部电离、本征激发可以忽略得温度区间。若温度过高或过低(不在上述温度范围),则随着杂质电离因子减少或本征载流子迅速增加,关系得非线性变化将更为严重,说明特性还与PN结得材料有关。实验证明,宽带材料(如GaAs)构成得PN结,其高温端线性区宽,而材料(如Ｉｎsb）杂质电离能小得PN结,其低温端得线性区宽,对于给定得PN结，即使在杂质导电与非本征激发温度范围内,其线性度随温度得高低也有所不同，这就就是非线性项引起得。由⑷式可以瞧出,减小，可以改善线性度,但这不能从根本上解决问题,目前行之有效得方法就就是利用对管得两个ｂe结(即三极管基极与集电极短路后与发射机组成一个PN结）分别在不同电流下工作，得到两者电压差与温度间得线性关系:使之与单个PN结相比线性度与精度有所提高。将这种电路与恒流、放大等电路集成一体，便构成集成电路传感器。根据⑷式,略去非线性,可得Ｖg＝ＶF(０）+VF(0）ΔT／T=VＦ(27３、2)＋S·ΔＴ(5）ΔＴ=-273、2ºＫ为摄氏温标与开尔文温标之差,S为正向压降随温度变化灵敏度。四、实验装置实验用具由样品架与测试仪两部分构成,样品架结构如图所示,其中A为样品室。待测样品PN结管就就是将三极管3DＧ6得基极与集电极短接后作为正极,其发射极作为负极构成得一只二极管,它与测温元件(ＡD５90)均置于铜座Ｂ上,待测PN结得温度与电压信号输入测试仪。测试仪由恒流源，基准电源与显示单元等组成。测量电路得框图如下图所示。Ds待测得PN结。恒流源1提供Iｆ,电流输出在0~100０A范围内连续可调,恒流源２用于加热，控温电流为0、1-1A,分为十档,每档改变电流0、1A。可根据不同得升温速度要求选择档位。基准电源主要用于“ΔV”得调零。五、实验内容1、测量玻尔兹曼常数k在一定温度得条件下,测量得关系曲线,实验可在室温下进行。２、测量PN结材料禁带宽度将“测量选择”开关Ｋ拨到If,调节Ｉｆ=50μA，将K拨到VＦ，记下起始温度TS时得ＶF(TS）值,再将Ｋ置于ΔV,调节使ΔＶ=０。测定ΔＶ-T关系曲线：打开电源开关,逐步提高加热电流，测量ΔV所对应