PN結(jié)特性和玻爾茲曼常數(shù)測定

PN結(jié)特性和玻爾茲曼常數(shù)測定1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.在同一溫度下，正向電壓隨正向電流的變化關(guān)系，繪制伏安特性曲線；2.在不同溫度下，測量玻爾茲曼常數(shù)；3.恒定正向電流條件下，測繪結(jié)正向壓降隨溫度的變化曲線，計(jì)算靈敏度，估算被測結(jié)材料的禁帶寬度2、實(shí)驗(yàn)儀器1.FB302A型結(jié)特性研究與玻爾茲曼常數(shù)測定儀2.溫度傳感器PT1003.PN-Ⅱ型PN結(jié)綜合實(shí)驗(yàn)儀3、實(shí)驗(yàn)原理3.1.PN結(jié)伏安特性與玻爾茲曼常數(shù)測定由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，結(jié)的正向電流-電壓關(guān)系滿足：(1)式(1)中是通過結(jié)的正向電流，是不隨電壓變化的常數(shù)，是熱力學(xué)溫度，是電子的電量，為結(jié)正向電壓降。由于在常溫時(shí)，，而結(jié)正向電壓下降約為十分之幾伏，則，于是有：(2) 也即結(jié)正向電流隨正向電壓按指數(shù)規(guī)律變化。若測得結(jié)關(guān)系值，則利用(1)式可以求出。在測得溫度后，就可以得到常數(shù)，把電子電量作為已知值代入，就可以求得玻爾茲曼常數(shù)，測得的玻爾茲曼精確值為。 為了精確測量玻爾茲曼常數(shù)。不用常規(guī)的加正向壓降測正向微電流的方法，而是采用范圍的可變精密微電流源，能避免測量微電流不穩(wěn)定，又能準(zhǔn)確地測量正向壓降。3.2.弱電流測量 以前常用光點(diǎn)反射式檢流計(jì)測量量級擴(kuò)散電流，但該儀器有許多不足之處且易損壞。本儀器沒有采用高輸入阻抗運(yùn)算放大器組成電流-電壓變換器(弱電流放大器)測量弱電流信號(hào)，溫漂大、讀數(shù)困難等。為了更精確地測量玻爾茲曼常數(shù)，而設(shè)計(jì)了一個(gè)能恒流輸出范圍的精密微電流源。解決了在測量中很多不穩(wěn)定因素，能準(zhǔn)確地測量正向壓降。3.3.PN結(jié)的結(jié)電壓與熱力學(xué)溫度關(guān)系測量結(jié)通過恒定小電流(通常電流)，由半導(dǎo)體物理可知和近似關(guān)系：…(3)式(3)中為結(jié)溫度傳感器靈敏度。由可求出溫度時(shí)半導(dǎo)體材料的近似禁帶寬度。硅材料的約為。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與主要步驟1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)檢查與連接：(1)三極管的bc極短路，be極構(gòu)成一個(gè)結(jié)，并用長導(dǎo)線連接測量儀，可方便插入加熱器。(2)用七芯插頭導(dǎo)線連接測試儀器與加熱器。“加熱功率”開關(guān)置“斷”位置，在連接插頭時(shí)，應(yīng)先對準(zhǔn)插頭與插座的凹凸定位標(biāo)記，即可插入。帶有螺母的插圖1結(jié)溫度特性測試2.確定靈敏度根據(jù)靈敏度的定義，可知被測結(jié)正向壓降隨溫度變化的靈敏度為曲線中擬合曲線的斜率，即有：3.估算結(jié)材料的禁帶寬度根據(jù)式(4)可知：…(6)則算出禁帶寬度： 相對誤差：4.玻爾茲曼常數(shù)測量(1)30℃時(shí)表230.0℃時(shí)U-I實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表I(nA)20304050607080Ube(V)0.3550.3620.3670.3720.3760.3800.383I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3860.3890.3910.3930.3940.3970.398根據(jù)上述數(shù)據(jù)利用matlab繪制成相應(yīng)的分析圖(代碼見附錄B)，如圖2所示。 (2)45℃時(shí)表245.0℃時(shí)U-I實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表I(nA)20304050607080Ube(V)0.3140.3210.3240.3310.3340.3380.341I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3440.3460.3480.3500.3520.3550.358 此處實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及圖表的處理同上，不再贅述。(3)60℃時(shí)表260.0℃時(shí)U-I實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表I(nA)20304050607080Ube(V)0.2680.2760.2820.2870.2920.2950.299I(nA)90100110120130140150Ube(V)0.3020.3040.3070.3090.3110.3130.