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(dāng)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。可按VF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(rèn)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(jìn)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(rèn)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(yuǎn)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