pn结伏安特性的测量实验报告

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1、课程编号得分教师签名批改日期深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：PN结伏安特性的测量学院：指导教师：报告人：组号：学号实验地点实验时间：提交时间：一、实验目的实验要求作出PN结正，反向伏安特性曲线，以直观理解PN结正向导通，反向截止的点特新，为理解半导体内部带电粒子飘移，扩散等运动提供强有力的事实依据。为得出准确合理的曲线，需正确地连接实验线路，弄清伏安法内接和外接的区别以及待测阻值大小与之相应的接法；需采集微小变化量，非线性点的原始数据。在采集正反向曲线（U,I）点时应区别

2、对待。 通过本实验激发试验者的空间想象，逻辑推理能力，训练应变能力以及强化严谨分析问题的能力和务实的工作作风，形成科学探索研究素质、本实验着重培养和提高实验者在半导体领域的基本实验测试技术。二、实验原理半导体分本征和杂质两大类。纯净的无杂质的半导体称为本征半导体。在本征半导体中掺入微量的杂质，将显著地改变半导体的特性，成为杂质半导体。若在锗中掺入百万分之一的砷后，其导电率将提高数万倍。杂质半导体分为空穴型（P型）和电子型（N型）两种。下面对它们的导电性分别作一些简要的说明。如图7-1所示，将五价

3、杂质原子砷（As）掺入到四价硅（Si）中，砷有五个价电子，其中四个价电子与相邻的硅原子形成共价键，第五个价电子所受的束缚较小，它可环绕带正电的砷离子（As+）运动。砷这类五价杂质称为施主杂质。由于含有施主杂志半导体的载流子为电子，故掺有施主杂志的半导体也叫做N型半导体。如图7-2所示，将三价杂质原子硼（B）掺入到四价半导体锗（Ge）中，由于硼有三个价电子，它和相邻的锗原子构成共价键时，缺少一个价电子，于是就存在一个带+e电荷的空穴。这个空穴在带+e电荷的硼离子的作用下，将环绕带负电的硼离子（B-

4、）运动。硼这类三价杂质则称为受主杂质。由于含有受主杂质半导体的载流子为空穴，故掺有受主杂质的半导体也叫做P型半导体。当P型半导体和N型半导体相接触时，在它们相接触的区域就形成了PN结。实验中发现，PN结两端没有加外电压时，半导体中没有电流；当PN结两端加上外电压时，就有电流通过，电流的大小和方向跟外加电压有关。图7-3是从实验中得出的PN结伏安特性曲线。从曲线中可以看到，若P型接正极，N型接负极，即电压U为正向电压时，电流为正值（I>0），这个电流叫正向电流，而且随着正向电压的增加，正向电流亦随

5、之呈指数上升。从曲线中还可以看到，若P型接负极，N型接正极，即电压U为反向电压时，电流为负值（I<0），这个电流叫做反向电流，其绝对值较正向电流小，且随着反向电压的增加，反向电流很快达到饱和电流Is。利用PN结的这个特性，可制成电子线路中常用的检波和整流二极管。下面对PN结的导电特性作一些说明。当P型与N型相接触时，有电子从N型扩散到P型中去，同时也有空穴从P型扩散到N型中去（见图7-4（a））。这样，在P型和N型相接触的区域就出现了偶电层（见图7-4（a））。由于这个偶电层的存在，在P型和N型

6、相接触的区域内就存在由N指向P的电场，它要阻止空穴和电子的继续扩散，直至达到动平衡为止。这时，在P型和N型接触区域存在如图7-4（c）所示的电势变化情况。图中U0为动平衡时P、N之间势垒的高度。因而无论是空穴或电子都需克服高度为U0的势垒，从能通过偶电层进入到N或P中去。图中“o”为空穴，“●”为电子，x0为偶电层的宽度，实验测得约为10^-7m。然而，当P接外电源正极，N接外电源负极，即P、N间为正向电压U时，则使势垒高度降低，于是N型中的电子和P型中的空穴将较容易通过PN结，从而在电路中形成

7、电流。这就是图7-3中，随正向电压增加，正向电流亦增加的道理。反之，当P接外电源负极，N接外电源正极，即P、N间为反向电压-U时，N型中的电子和P型中的空穴都更难通过PN结，从而在电路中只能形成很弱的电流，且很快就会达到饱和电流，这点亦可从图7-3中看出。半导体PN结的种种应用已深入到人们生活中的许多方面，也几乎涉及一切科技领域。由于纳米材料和相应技术的发展，集成电路的集成度（即芯片上的元件数）越来越高，在1cm²的芯片上已能集成上亿个电子元件。三、实验仪器：本实验的仪器实物图如图7-5所示。1

8、.直流稳压电源的技术指标    2.可变电阻箱的结构和技术指标 3.电压表   4.电流表  5.被测元件四、实验内容：（1）测定及绘制出PN结的正向，反向伏安特性曲线（分别用电流表外接和内接）。按图7-8、图7-9连接实验线路，选取合适的电源、变阻器的值，自己设计表格。为得到合理的正向、反向伏安特性曲线需采集多少个点？间距是多少？（2）测定及绘制出稳压二极管的反向伏安特性曲线。 选择电流表外接或内接。选取合适的电源、变阻器的值，自己设计表格。为得到合理的反向伏安特性曲线需采集多少个点？间距是多