pn结正向电压温度特性研究

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1、By%蓊曾幅111津Pb05206218学号：pb05206218姓名：金秀儒实验题目：PN结正向电压温度特性研究5实验目的：了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。在怛流供电条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敬度和被测PN结材料的禁带宽度。学习用PN结测温的方法。实验仪器：样品架、测试仪、加热器其中q为电子电荷;实验原理:理想PN结的正向屯流1卜・和压降丹存在如下近似关系1,=/sexp（k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Is为反向饱和电流，它是-个和PN结材料的禁帯宽度以及温度等有关的系数，可以证明/s=C

2、厂exp[-坐型]其中C是号结血积、掺质浓度等有关的kT常数：1•也是常数；V』O）为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。kTT——IyiT=Vx+VnXq（kr作=00）_-In—曲If宀（。）七化—叫厂）q这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN结温度传感器的基本方程。令1卜=常数，贝怵向丿k降只随温度而变化，除线性项V】外还包含非线性项％项所引起的线性误差。(T、4按理想的线性温度影响，Vf应取如卜•形式:7V瞎想二G+話（JG7V7V話等竹温度时的話值。00)—NkrKi想=+实际响应对线性的

3、理论偏并为△=7理想-VF设Ti=300°k,T=310°k,取r=3.4*,可得A=0.048mV,而相应的Vf的改变量约20mV,相比之卜误差甚小。不过当温度变化范围增人时，Vf温度响应的非线性误差将有所递增，这主耍由于「因子所致。综上所述,在恒流供电条件下,PN结的Vf对T的依赖关系取决于线性项V],即正向压降几卩随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。必须指出，上述结论仅适用于朵质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间（对于通常的硅二极管来说，温度范

4、刑约・50°C—150°C）。如果温度低丁或高丁•上述范围时，由丁•杂

5、质电离因子减小或木征载流子迅速增加；Vf—T关系将产生新的非线性，这现象说叨Vf—T的特性还随PN结的材料而界，对于宽带材料（如GaAs）的PN结，其高温端的线性区则宽；而材料杂质电离能小（如Insb）的PN结，则低温端的线性范国宽，对丁•给定的PN结，即使在杂质导电和非本征激发温度范围内，其线性度亦随温度的d2v1dV禹低而有所不同，这是非线性项引起的，rtlVnl对T的二阶导数一二一可知亠的dT2TdT变化与T成反比，所以Vf・T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。此外，减小If，可以改善线性度，但并不能

6、从根木上解决问题，H前行Z冇效的方法大致冇两种：1、对管的两个be结（将「极管的基极与集电极短路与发射极组成一个PN结），分别在不同电流Ih，If2下工作，由此获得两者电压Z差（Vf】・Vf2）与温度成线,性函数关系，即VF,-VF1=—In^-qiF2rtr丁晶体管的参数有一定的离散性，实际与理论仍存在差距，但与单个pn结相比其线性度与精度均有所提高，这种电路结构与恒流、放人等电路集成一体，便构成集成电路温度传感器。数据处理及结论:实验起始温度Ts=20.0°C；工作电流IF=50pA；起始温度Ts为时的正向压降作（心）=605加

7、7AVT（升温）T（降温）升温电流/mV°CK°CK/A-1024.0297.223.7296.90.1-202&4301.628.0301.20.2-3032.8306.032.5305.70.2-4037.1310.337.1310.30.3-5041.5314.741.7314.90.3-6046.0319.246.0319.20.3-7050.4323.650.7323.90.3-8054.9328.155.2328.40.3-9059.1332.359.6332.80.3-10063.6336.863.9337.10.4-

8、11068.1341.36&6341.80.4-12072.6345.873.1346.30.5-13077.1350.377.4350.60.5-14081.6354.882.3355.50.5-15085.9359.186.8360.00.5-16090.3363.591.3364.50.5-17094.7367.995.3368.50.5-18099.1372.399.4372.60.5TMV关系曲线1（升温）-40--60--80-ALinearFitofDatalALinearRegressionforDatal_B:Y=

9、A+B*XParameterValueError-100--120-A597392750.75769B-2.014180.00221・140・-160--180-1290300310320330340350360370380T/KRN