半導(dǎo)體PN結(jié)的物理特性及弱電流測(cè)量(精)

成都信息工程學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：石朝陽(yáng)專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)日期：2009-9-15下午實(shí)驗(yàn)教室：5102-1指導(dǎo)教師：【實(shí)驗(yàn)名稱】PN結(jié)物理特性綜合實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.在室溫時(shí)，測(cè)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(cè)量玻爾茲曼常數(shù)3.學(xué)習(xí)用運(yùn)算放大器組成電流-電壓變換器測(cè)量弱電流4.測(cè)量PN結(jié)電壓與溫度關(guān)系，求出該P(yáng)N結(jié)溫度傳感器的靈敏度5.計(jì)算在0K溫度時(shí)，半導(dǎo)體硅材料的近似禁帶寬度【實(shí)驗(yàn)儀器】半導(dǎo)體PN結(jié)的物理特性實(shí)驗(yàn)儀資產(chǎn)編號(hào)：××××，型號(hào)：×××（必須填寫(xiě)）【實(shí)驗(yàn)原理】1．PN結(jié)的伏安特性及玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量PN結(jié)的正向電流-電壓關(guān)系滿足：(1)當(dāng)時(shí),(1)式括號(hào)內(nèi)-1項(xiàng)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(cè)得PN結(jié)關(guān)系值，則利用(1)式可以求出。在測(cè)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(shí)驗(yàn)線路如圖1所示。圖1圖1PN結(jié)擴(kuò)散電源與結(jié)電壓關(guān)系測(cè)量線路圖圖2電流－電壓變換器LF356是一個(gè)高輸入阻抗集成運(yùn)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(yùn)算放大器的輸入電壓為：(3)式(3)中為輸入電壓，為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓增益，即圖2中電阻時(shí)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(shí)，關(guān)系測(cè)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(yàn)公式，計(jì)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(shè)PN結(jié)電流和電壓的關(guān)系滿足,所以先要對(duì)公式進(jìn)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(duì)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(jì)算公式：(P27頁(yè))列表計(jì)算：（雙擊該表可見(jiàn)計(jì)算過(guò)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(shuō)明PN結(jié)擴(kuò)散電流-電壓關(guān)系遵循指數(shù)分布規(guī)律。計(jì)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(shí)硅材料禁帶寬度。用作圖法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：（圖省略）所畫(huà)的直線的斜率，即PN結(jié)作為溫度傳感器時(shí)的靈敏度，表明PN結(jié)是負(fù)溫度系數(shù)的。截距（0溫度）；則電子伏特?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)果】1、測(cè)量值與公認(rèn)值相當(dāng)一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2、硅在0溫度時(shí)禁帶寬度公認(rèn)值電子伏特，