PN結(jié)特性實驗報告

專業(yè)：應(yīng)用物理題目：PN結(jié)特性[試驗?zāi)康腯（1）研究PN結(jié)正向壓降隨溫度變化的基本規(guī)律。（2）學(xué)習(xí)用PN結(jié)測溫的措施。（3）學(xué)習(xí)一種測量玻爾茲曼常數(shù)的措施。[試驗儀器]DH-PN-2型PN結(jié)正向特性綜合試驗儀、DH-SJ溫度傳感試驗裝置[試驗原理]PN結(jié)正向電流IF和壓降VF之間存在如下近似關(guān)系其中q為電子電荷；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；Is為反向飽和電流，它是一種和PN結(jié)材料的禁帶寬度以及溫度等有關(guān)的系數(shù)其中C是與結(jié)面積、摻雜濃度等有關(guān)的常數(shù)；r是常數(shù)，其數(shù)值取決于少數(shù)載流子遷移率對溫度的關(guān)系（一般取r=3.4）；Vg(0)為0K時PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)碾妱莶?。?lián)立二式可得Vl隨溫度線性變化，Vnl為非線性變化，若忽視非線性部分，誤差分析如下溫度由T1變?yōu)門時，正向電壓由VF1變?yōu)閂F時，正向電壓理論值與忽視非線性部分值得偏差為當溫度變化范圍較小時，該偏差可忽視（通過變化溫度與IF也可改善線度），令I(lǐng)F=常數(shù)，則正向壓降只隨溫度升高線性下降，這就是PN結(jié)測溫的根據(jù)。[試驗環(huán)節(jié)]1.試驗系統(tǒng)檢查與連接關(guān)閉DH-SJ型溫度傳感器試驗裝置上的“加熱電流”、“風(fēng)扇電流”開關(guān)，接上加熱電源線。插好Pt100溫度傳感器和PN結(jié)溫度傳感器，兩者連接均為直插式。PN結(jié)引出線分別插入PN結(jié)正向特性綜合試驗儀上的+V、-V和+I、-I。打開電源開關(guān)，溫度傳感器試驗裝置上將顯示出室溫TR，記錄下起始溫度TR。2.玻爾茲曼常數(shù)k的測定測得PN結(jié)I～V關(guān)系，求出玻爾茲曼常數(shù)k。將PN結(jié)正向特性綜合試驗儀上的電流量程置于合適檔位，調(diào)整電流調(diào)整旋鈕以變化正向電流IF輸出示值，觀測記錄對應(yīng)的正向電壓VF值讀數(shù)。3.至少完畢對一種PN結(jié)材料的V～T曲線的測量及數(shù)據(jù)處理（1）測定V～T關(guān)系曲線選擇合適的正向電流IF（如IF=50μA，一般選不不小于100μA的值，以減小自身熱效應(yīng)），并保持不變。試驗的起始溫度TS取為室溫TR，記錄對應(yīng)的VF（TR）。將DH-SJ型溫度傳感器試驗裝置上的“加熱電流”開關(guān)置“開”位置，根據(jù)目的溫度，選擇合適的加熱電流（在試驗時間容許的狀況下，加熱電流可以獲得小一點，如0.3～0.6A之間）。這時加熱爐內(nèi)溫度開始升高，記錄對應(yīng)的VF和T?？砂碫F每變化10mV或5mV讀取一組V、T，這樣可以減小測量誤差。注意：在整個試驗過程中，正向電流IF應(yīng)保持不變。升溫速率要慢，且設(shè)定的溫度不適宜過高（硅管必須控制在120℃以內(nèi)，鍺管必須控制在45℃以內(nèi)）。根據(jù)數(shù)據(jù)，繪制ΔV～T曲線。（2）根據(jù)作出的ΔV～T曲線的斜率就是S求被測PN結(jié)正向壓降隨溫度變化的敏捷度S（mV/℃）。（3）估算被測PN結(jié)材料的禁帶寬度Eg（0）=qVg（0），忽視非線性項的影響，。此時溫差T=-273.2K。將根據(jù)此式計算得到的0K時的禁帶寬度Eg（0）值與公認值（硅Eg（0）=1.21eV，鍺Eg（0）=0.78eV）比較，求其相對誤差。數(shù)據(jù)分析I~U曲線測量數(shù)據(jù)PN結(jié)材料：硅試驗溫度17.60.3580.3730.3820.3910.3970.4020.0100.0200.0300.0400.0500.0600.4060.4100.4120.4150.4340.4440.0700.0800.0900.1000.2000.3000.4510.4560.4620.4650.4690.4720.4000.5000.6000.7000.8000.9000.4750.4780.4800.4830.4850.4861.0001.101.201.301.401.50玻爾茲曼常數(shù)k確實定理想的PN結(jié)正向電流與壓降存在如下近似關(guān)系將上表數(shù)據(jù)進行擬合得到與原則值的相對誤差為U~T曲線測量數(shù)據(jù)工作電流50.0PN結(jié)材料控溫電流/A鍺0.50055020.6293.845-1025.9299.135-2030.6303.825-3036.3309.515-4043.8317.0硅520044.7317.9510-1045.5318.7500-2049.0322.2490-3053.1326.3480-4057.3330.5470-5061.5334.7460-6065.7338.9450-7069.8343.0440-8073.9347.1430-9078.0351.2420-10082.2355.4410-11086.3359.5擬合成果如下估算禁帶寬度PN結(jié)材料敏捷度S(mV/℃）計算值公認值相對誤差鍺-1.74689.890.570.570.7826.9硅-2.504625.111.311.311.218.2分析與討論誤差分析：鍺的禁帶寬度相對誤差明顯不小于硅的相對誤差1.引起的線性誤差PN結(jié)材料初始溫度末溫度鍺293.8317.00.26401.73硅317.9359.50.761100.185由此可見，在溫度變化范圍內(nèi)，兩種PN結(jié)材料中由.引起的線性誤差均遠不不小于，且顯然對鍺的影響程度不小于硅。2.電流引起的誤差（1）耗盡層復(fù)合電流（2）界面雜志引起的表面電流均隨T升高而減小，因此溫度越高引起的二極管電流誤差越小，由于鍺管試驗中溫度低于硅管，即電流誤差對鍺管的影響較大。綜上可以解釋測得鍺的禁帶寬度相對誤差明顯不小于硅的相對誤差。為減小上述誤差，可在容許范圍內(nèi)，盡