大學(xué)物理PN結(jié)溫度特性

1、五邑大學(xué)物理實驗中心五邑大學(xué)物理實驗中心2010.3PN結(jié)的伏安特性隨溫度變化示意圖二極管二極管溫度傳感器溫度傳感器+-+-空穴擴散方向空穴擴散方向電子擴散方向電子擴散方向PN+-+-空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場濃度差濃度差多子擴散運動多子擴散運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場少子漂移運動少子漂移運動動態(tài)平衡動態(tài)平衡2PN結(jié)溫度傳感器的基本方程結(jié)溫度傳感器的基本方程 理想PN結(jié)的正向電流IF和正向電壓VF存在如下近似關(guān)系式：（1）式中q為電子電量，T為熱力學(xué)溫度，In為反向飽和電流，它是一個和PN結(jié)材料的禁帶寬度以及溫度等有關(guān)的系數(shù)。可以證明：（2）式中C是與PN結(jié)的結(jié)面積、摻雜濃度等有關(guān)的常數(shù)，

2、k為玻爾茲曼常數(shù)，r在一定范圍內(nèi)也是常數(shù)，Vg（0）為熱力學(xué)溫度0K時PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底與價帶頂?shù)碾妱莶?，對于給定的PN結(jié)材料，Vg（0）是一個定值。將公式（2）代入公式（1），兩邊取對數(shù)，整理后可得： 其中 ， 式（3）是PN結(jié)正向電壓作為電流和溫度函數(shù)的表達式，它是PN結(jié)溫度傳感器的基本方程。（3）3PN結(jié)測溫原理和溫標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)測溫原理和溫標(biāo)轉(zhuǎn)換 對給定的PN結(jié)材料，在允許的溫度變化區(qū)間內(nèi)，在恒流供電條件下，PN結(jié)的正向電壓VF對溫度的依賴關(guān)系取決于線性項V1，正向電壓VF幾乎隨溫度升高而線性下降。即 這就是PN結(jié)測溫的依據(jù)。溫度T是熱力學(xué)溫度，在實際使用時會有不變之處，為此，我們進行溫標(biāo)轉(zhuǎn)

3、換，采用攝氏溫度t來表示。即T=273.2+t 令VF在室溫時的值為VF（tR）,則在TK時VF的值為代入公式（3），有設(shè)t=tR 0C時，令 =0，則有 而對于其它溫度t0C有定義 為PN結(jié)溫度傳感器靈敏度，則有 或 這就是PN結(jié)溫度傳感器在攝氏溫標(biāo)下的測溫原理公式。（4）（5） 4 確定確定PN結(jié)材料的禁帶寬度結(jié)材料的禁帶寬度PN結(jié)材料的禁帶寬度Eg（0）定義為電子的電量q與熱力學(xué)溫度0K時PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)碾妱莶頥g（0）的乘積，即由公式（4），可得當(dāng)t = tR時，T=273.2+t，VF=VF（tR）有 所以， （6）TH-J型型PN結(jié)正向壓降溫度特性實驗儀結(jié)正向壓降溫度特性實驗儀樣品架樣品架結(jié)構(gòu)如右圖所示。其中A為樣品室，是一個可卸的筒狀金屬容器。待測PN結(jié)樣管和測溫元件均置于樣品座B上，其管腳通過高溫導(dǎo)