实验十 pn结物理特性测定

《实验十 pn结物理特性测定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验十一PN结物理特性测定一、概述半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。本仪器用物理实验方法，测量PN结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN结结电压与热力学温度T的关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K时硅材料的禁带宽度。二、仪器简介图1PN结物理特性测定仪实验装置-11-电磁学实验实验十一PN结物理特性测定FD-PN-4型PN结物理特性测定仪主要由直流电源、数字电压表、实验板以及干井测温控温装

2、置组成，如图1所示。三、技术指标1．直流电源:±15V直流电源一组，1.5V直流电源一组2．数字电压表:三位半数字电压表量程0—2V,四位半数字电压表量程0—20V3．实验板:由运算放大器LF356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。TIP31型三极管外接。4．恒温装置:干井式铜质可调节恒温,恒温控制器控温范围，室温至80℃；控温分辨率0.1℃；5．测温装置:铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃（）。四、实验项目1．测量PN结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。2．较精确地测量玻尔兹曼常数。(误差一般小于2%)3．测量PN结结电压与温度关系，求出

3、结电压随温度变化的灵敏度。4．近似求得0K时半导体（硅）材料的禁带宽度。5．学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。五、注意事项1．实验时接±12V或±15V，但不可接大于15V电源。±15V电源只供运算放大器使用，请勿作其它用途。2．运算放大器7脚和4脚分别接+15V和-15V，不能反接，地线必须与电源0V(地)相接(接触要良好)。否则有可能损坏运算放大器，并引起电源短路。一旦发现电源短路(电压明显下降),请立即切断电源。3．要换运算放大器必须在切断电源条件下进行，并注意管脚不要插错。元件标志点必须对准插座标志槽口。4．必须经教师检查线路接线正确，学生

4、才能开启电源，实验结束应先关电源，才能拆除接线。-11-电磁学实验实验十一PN结物理特性测定实验十半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验【实验目的】1．在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。2．在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。3．学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。4．测量PN结电压与温度的关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度。5．计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。【实验原理】1．PN结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN结的正向电流-电压关系满足：(1)式中是通过PN结的正向电流，是反向饱和电流，在

5、温度恒定是为常数，是热力学温度，q是电子的电荷量，为PN结正向压降。由于在常温(300K)时，≈0.026v，而PN结正向压降约为十分之几伏，则>>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有：(2)也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结I-U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，即可求得玻尔兹曼常数。在实际测量中，二极管的正向I-U关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分：1）扩散电流，它严格遵循(2)式；2）耗尽层符合

6、电流，它正比于；3)表面电流，它是由硅和二氧化硅界面中杂质引起的，其值正比于，一般-11-电磁学实验实验十一PN结物理特性测定>2。因此，为了验证(2)式及求出准确的/常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路(只能放大电压，不能放大电流），因为此时集电极与基极短接，集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全可以忽略，所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式。2．弱电流测量过去实验中A-A量级弱电流采用光点反射式检流计测量

7、，该仪器灵敏度较高约A/分度，但有许多不足之处，如十分怕震，挂丝易断；使用时稍有不慎，光标易偏出满度，瞬间过载引起引丝疲劳变形产生不回零点及指示差变大。使用和维修极不方便。近年来，集成电路与数字化显示技术越来越普及。高输入阻抗运算放大器性能优良，价格低廉，用它组成电流-电压变换器测量弱电流信号，具有输入阻抗低，电流灵敏度高。温漂小、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点，因而被广泛应用于物理测量中。图电流－电压变换器LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻为电流-电压变换器等效输入