PN結(jié)物理特性課件

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量半導(dǎo)體PN結(jié)電流與電壓關(guān)系。測(cè)定PN結(jié)溫度傳感器的靈敏度和玻爾茲曼常數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)略圖實(shí)驗(yàn)原理PN結(jié)伏安特性及玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，PN結(jié)的正向電流電壓關(guān)系滿(mǎn)足： 式中，I是通過(guò)PN結(jié)的正向電流，I0是反向飽和電流，在溫度恒定時(shí)，I為常數(shù)，T是熱力學(xué)溫度， 是電子的電荷量，U為PN結(jié)正向壓降。由于在常溫T=300K時(shí)，kt / e0.026V ，而PN結(jié)正向壓降約為0.1V的數(shù)量級(jí)，則 exp，括號(hào)內(nèi) -1項(xiàng)完全可以忽略，于是有：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)I-U關(guān)系值，則可以求出e/kT。在測(cè)得溫度T后，就可以得到e/T常數(shù)，把電子電量作

2、為已知值代入，即可求得玻爾茲曼常數(shù)。 實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如圖所示加在三極管B，E間的電壓U1則通過(guò)的電流為Ie,三極管電流分布滿(mǎn)足Ie=Ib+Ic,又因?yàn)镮b很小，所以Ie約為Ic；通過(guò)理想運(yùn)放器把Ic放大成U2，且它們之間滿(mǎn)足指數(shù)關(guān)系，那么U1與流過(guò)PN結(jié)的電流Ic也滿(mǎn)足指數(shù)關(guān)系。弱電流測(cè)量簡(jiǎn)介過(guò)去實(shí)驗(yàn)中10-6A 10-11A量級(jí)弱電流采用光點(diǎn)反射式檢流計(jì)測(cè)量，該儀器靈敏度較高約10-9A/分度，但有許多不足之處。近年來(lái)，集成電路與數(shù)字化顯示技術(shù)越來(lái)越普及。高輸入阻抗運(yùn)算放大器性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，用它組成電流-電壓變換器測(cè)量弱電流信號(hào)，具有輸入阻抗低，電流靈敏度高。溫漂小、線(xiàn)性好、設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)

3、牢靠等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于物理測(cè)量中。 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),如圖所示。其中虛線(xiàn)框內(nèi)電阻Zr為電流-電壓變換器等效輸入阻抗。由圖可知，運(yùn)算放大器的輸入電壓U0為：電流電壓變換器Ui為輸入電壓，K0為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓增益，即圖中電阻時(shí)的電壓增益，Rf 稱(chēng)反饋電阻。因?yàn)槔硐脒\(yùn)算放大器的輸入阻抗，所以信號(hào)源輸入電流只流經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的通路。因而有：可得電流電壓變換器等效輸入阻抗Zr為可得電流電壓變換器輸入電流Is輸出電壓U0之間得關(guān)系式，即：只要測(cè)得輸出電壓U0和已知Rf值，即可求得IS值。以高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器LF356為例來(lái)

4、討論Zr和IS值得大小。對(duì)LF356運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益K0=2105，輸入阻抗ri1012。若取Rf為1.00M，則得：若選用四位半量程200mV數(shù)字電壓表，它最后一位變化為0.01mV ，那么用上述電流電壓變換器能顯示最小電流值為：由此說(shuō)明，用集成運(yùn)算放大器組成電流-電壓變換器測(cè)量弱電流，具有輸入阻抗小、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。（） 3PN結(jié)的結(jié)電壓與熱力學(xué)溫度T關(guān)系測(cè)量。當(dāng)PN結(jié)通過(guò)恒定小電流（通常電流I1000A），由半導(dǎo)體理論可得與T近似關(guān)系：式中mV/為PN結(jié)溫度傳感器靈敏度。由可求出溫度0K時(shí)半導(dǎo)體材料的近似禁帶寬度。硅材料的約為1.20eV。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、關(guān)系測(cè)定，并進(jìn)行曲線(xiàn)擬合求經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)

5、算玻爾茲曼常數(shù)（ ）（1）在室溫情況下，測(cè)量三極管發(fā)射極與基極之間電壓U1和相應(yīng)電壓U2。在常溫下U1的值約從0.3V開(kāi)始，每隔0.01V測(cè)一點(diǎn)數(shù)據(jù)，約測(cè)10多數(shù)據(jù)點(diǎn)，至U2值達(dá)到飽和時(shí)（U2值變化較小或基本不變），結(jié)束測(cè)量。在記數(shù)據(jù)開(kāi)始和記數(shù)據(jù)結(jié)束都要同時(shí)記錄變壓器油的溫度，取溫度平均值。（2）改變干井恒溫器溫度，待PN結(jié)與油溫濕度一致時(shí)，重復(fù)測(cè)量U1和U2的關(guān)系數(shù)據(jù)，并與室溫測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較。 二. 關(guān)系測(cè)定，求PN結(jié)溫度傳感器靈敏度S，計(jì)算硅材料0K時(shí)近似禁帶寬度 值。（1）實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如左上圖所示，測(cè)溫電路如右上圖所示。其中數(shù)字電壓表V2通過(guò)雙刀雙向開(kāi)關(guān)，既作測(cè)溫電橋指零用，又作監(jiān)測(cè)PN

6、結(jié)電流，保持電流I100A。（2）通過(guò)調(diào)節(jié)左上圖電路中電源電壓，使上電阻兩端電壓保持不變，即電流I100A。同時(shí)用電橋測(cè)量鉑電阻 的電阻值，通過(guò)查鉑電阻值與溫度關(guān)系表，可得恒溫器的實(shí)際濕度。從室溫開(kāi)始每隔510測(cè)一定 值（即V1）與溫度（）關(guān)系，求得 關(guān)系。（至少測(cè)6點(diǎn)以上數(shù)據(jù)）實(shí)驗(yàn)總結(jié)半導(dǎo)體PN結(jié)電阻率在常溫下基本上是線(xiàn)性的。但是隨著溫度的變化而變化，呈現(xiàn)指數(shù)形式。PN結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的核心，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體在實(shí)際電路中有著非常廣泛的應(yīng)用。如：如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管、檢波二極管和開(kāi)關(guān)二極管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管 ，利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制作變?nèi)荻O管利用兩個(gè)PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放