PN結特性實驗報告

(1)研究PN結正向壓降隨溫度變化的基本規(guī)律。(2)學習用PN結測溫的方法。(3)學習一種測量玻爾茲曼常數(shù)的方法。DHSJPN結正向電流IF和壓降VF之間存在如下近似關系s和PN結材料的禁帶寬度以及溫度等有關的系數(shù)對溫度的關系(通常取r=3.4)；Vg(0)為0K時聯(lián)立二式可得是常數(shù)，其數(shù)值取決于少數(shù)載流子遷移率PN結材料的導帶底和價帶頂?shù)碾妱莶?。l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略非線性部分值得偏差為當溫度變化范圍較小時，該偏差可忽略(通過改變溫度與IF也可改善線度)，令IF=常數(shù)，則正向壓降只隨溫度升高線性下降，這就是PN結測溫的依據(jù)。1.實驗系統(tǒng)檢查與連接關閉DH-SJ型溫度傳感器實驗裝置上的“加熱電流”、“風扇電流”開關，接上加熱電源Pt00溫度傳感器和PN結溫度傳感器，兩者連接均為直插式。PN結引出線分別插入PN結正向特性綜合試驗儀上的+V、-V和+I、-I。打開電源開關，溫度傳感器實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I~V關系，求出玻爾茲曼常數(shù)k。將PN結正向特性綜合試驗儀上的電流量程置于適當檔位，調整電流調節(jié)旋鈕以改變正向電流IF輸出示值，觀察記錄相應的正向電壓VF值讀數(shù)。3.至少完成對一種PN結材料的V~T曲線的測量及數(shù)據(jù)處理(1)測定V~T關系曲線選擇合適的正向電流IF(如IF=50μA，一般選小于100μA的值，以減小自身熱效應)，并保持不變。實驗的起始溫度TS取為室溫TR，記錄相應的VF (TR)。將DH-SJ型溫度傳感器實驗裝置上的“加熱電流”開關置“開”位置，根據(jù)目標0.6A之間)。這時加熱爐內溫度開始升高，記錄對應的VF和T?？砂碫F每改變10mV或5mV讀取一組V、T，這樣可以減小測量誤差。注意：在整個實驗過程中，正向電流IF應保持不變。升溫速率要慢，且設定的溫度不宜過高(硅管必須控制在120℃以內，鍺管必須控制在45℃以內)。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結正向壓降隨溫度變化的靈敏度S(mV/℃)。(3)估算被測PN結材料的禁帶寬度Eg(0)=qVg(0)，忽略非線性項的影響，。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PN結材料：硅實驗溫度T=17.6CsUU/VF0.3580.3730.3820.3910.3970.402I/AF0.0100.0200.0300.0400.0500.060U/VF0.4060.4100.4120.4150.4340.444I/AF0.0700.0800.0900.1000.2000.300U/VF0.4510.4560.4620.4650.4690.472I/AF0.4000.5000.6000.7000.8000.900U/VF0.4750.4780.4800.4830.4850.486I/AF理想的PN結正向電流I與壓降U存在如下近似關系FFI=Iexp(qUF)FSkT將上表數(shù)據(jù)進行擬合得到FF工作電流I=50.0AFUU=U(T)U(T)/mVFFS0-10-20-30-400-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110U(T)/mVF908070605040302010.6.943.844.745.549.01.55.79.82.26.3控溫電流/A0.500鍺硅擬合結果如下FF估算禁帶寬度gFgg計計算值E(0)/eVg公認值E(0)/eVg相對誤差n/100%F89.89625.11靈敏度-1.746-2.504gPN結材料鍺硅誤差分析：鍺的禁帶寬度相對誤差明顯大于硅的相對誤差1.V引起的線性誤差kkTT=VV=r(TT)+ln()r理想Fq1qT1初初始溫度T/K17.9末溫度T/K7.09.5UmV0UF0.185PN結材料鍺硅由此可見，在溫度變化范圍內，兩種PN結材料中由.V引起的線性誤差均遠小于U，且顯然對鍺的影響程度大于硅。2.電流引起的誤差 (1)耗盡層復合電流Iexp()2kT (2)界面雜志引起的表面電流Iexp(eV),m>22mkTI、I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，由于鍺管實驗中溫12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