半導體PN結(jié)的物理特性及弱電流測量(精)

成都信息工程學院物理實驗報告姓名：石朝陽專業(yè)：班級：學號：實驗日期：2009-9-15下午實驗教室：5102-1指導教師：【實驗名稱】PN結(jié)物理特性綜合實驗【實驗目的】1.在室溫時，測量PN結(jié)電流與電壓關(guān)系，證明此關(guān)系符合波耳茲曼分布規(guī)律2.在不同溫度條件下，測量玻爾茲曼常數(shù)3.學習用運算放大器組成電流-電壓變換器測量弱電流4.測量PN結(jié)電壓與溫度關(guān)系，求出該PN結(jié)溫度傳感器的靈敏度5.計算在0K溫度時，半導體硅材料的近似禁帶寬度【實驗儀器】半導體PN結(jié)的物理特性實驗儀資產(chǎn)編號：××××，型號：×××（必須填寫）【實驗原理】1．PN結(jié)的伏安特性及玻爾茲曼常數(shù)測量PN結(jié)的正向電流-電壓關(guān)系滿足：(1)當時,(1)式括號內(nèi)-1項完全可以忽略，于是有：(2)也即PN結(jié)正向電流隨正向電壓按指數(shù)規(guī)律變化。若測得PN結(jié)關(guān)系值，則利用(1)式可以求出。在測得溫度后，就可以得到，把電子電量作為已知值代入，即可求得玻爾茲曼常數(shù)。實驗線路如圖1所示。圖1圖1PN結(jié)擴散電源與結(jié)電壓關(guān)系測量線路圖圖2電流－電壓變換器LF356是一個高輸入阻抗集成運算放大器，用它組成電流-電壓變換器(弱電流放大器),如圖2所示。其中虛線框內(nèi)電阻為電流-電壓變換器等效輸入阻抗。圖2電流－電壓變換器運算放大器的輸入電壓為：(3)式(3)中為輸入電壓，為運算放大器的開環(huán)電壓增益，即圖2中電阻時的電壓增益（稱反饋電阻）。因而有：(4)由（4）式可得電流-電壓變換器等效輸入阻抗為(5)由(3)式和(4)式可得電流-電壓變換器輸入電流與輸出電壓之間的關(guān)系式，即：0.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.0730.1040.1600.2300.3370.4990.7330.3800.3900.4000.4100.4200.4300.4401.0941.5752.3483.4955.1517.52811.3252、電流I＝100時，關(guān)系測定。103.2106.0107.0109.9111.5115.3119.3122.9123.5126.3129.3131.98.014.917.725.029.038.749.058.760.067.074.981.2281.2288.1290.9298.2302.2311.9322.2331.9333.2340.2348.1354.20.6440.6470.6310.6150.6050.5840.5630.5530.5310.5190.5010.495【數(shù)據(jù)處理】曲線擬合求經(jīng)驗公式，計算玻爾茲曼常數(shù)：根據(jù)要求用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，假設PN結(jié)電流和電壓的關(guān)系滿足,所以先要對公式進行線性化處理。由于U2和I是線性關(guān)系,即=A*U2,A可視為微小電流轉(zhuǎn)換為電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)。首先以U2替換I，公式變化為A兩邊取對數(shù)：-lnA,令：lnU2=y,U1=x,lnIo-lnA=,e/Kt=b上式變化為：根據(jù)最小二乘法的計算公式：(P27頁)列表計算：（雙擊該表可見計算過程）由此可知，相關(guān)系數(shù)r=0.99972,指數(shù)擬合的很好，也就說明PN結(jié)擴散電流-電壓關(guān)系遵循指數(shù)分布規(guī)律。計算玻爾茲曼常數(shù)，由表中數(shù)據(jù)得則：求PN結(jié)溫度傳感器的靈敏度S，0時硅材料禁帶寬度。用作圖法對數(shù)據(jù)進行處理：（圖省略）所畫的直線的斜率，即PN結(jié)作為溫度傳感器時的靈敏度，表明PN結(jié)是負溫度系數(shù)的。截距（0溫度）；則電子伏特?！緦嶒灲Y(jié)果】1、測量值與公認值相當一致。實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：2、硅在0溫度時禁帶寬度公認值電子伏特，