半导体PN结的物理特性及弱电流测量(精).doc

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________半导体PN结的物理特性及弱电流测量(精)成都信息工程学院物理实验报告姓名:石朝阳专业:班级:学号:实验日期:2009-9-15下午实验教室:5102-1指导教师:【实验名称】PN结物理特性综合实验【实验目的】,测量PN结电流与电压关系,,-,,半导体硅材料的近似禁带宽度【实验仪器】半导体PN结的物理特性实验仪资产编号:××××,型号:×××(必须填写)【实验原理】-电压关系满足:(1)当时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:(2)也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结关系值,则利用(1)式可以求出。在测得温度后,就可以得到,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数。实验线路如图1所示。图1 PN结扩散电源与结电压关系测量线路图2、弱电流测量图2 电流-电压变换器LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻为电流-电压变换器等效输入阻抗。运算放大器的输入电压为:(3)式(3)中为输入电压,为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻时的电压增益(称反馈电阻)。因而有:(4)由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗为(5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流与输出电压之间的关系式,即:(6)只要测得输出电压和已知值,即可求得值。3、PN结的结电压与热力学温度关系测量。当PN结通过恒定小电流(通常),由半导体理论可得与的近似关系:(7)式中为PN结温度传感器灵敏度。由可求出温度0时半导体材料的近似禁带宽度。硅材料的。【实验内容】(一)关系测定,并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数()1、在室温情况下,测量三极管发射极与基极之间电压和相应电压。的值约从至范围,每隔测一相应电压的数据,至达到饱和(变化较小或基本不变)。在记录数据开始和结束时都要记录下变压器油的温度,取温度平均值。2、改变干井恒温器温度,待PN结与油温一致时,重复测量和的关系数据,并与室温测得的结果进行比较。3、曲线拟合求经验公式:运用最小二乘法将实验数据代入指数函数。求出相应的和值。图3图44、玻尔兹曼常数。利用,把电子电量作为已知值代入,求出并与玻尔兹曼常数公认值()进行比较。(二)关系测定,计算硅材料0时近似禁带宽度值。1、通过调节图3电路中电源电压,使上电阻两端电压保持不变,即电流。同时用电桥测量铂电阻的电阻值,得恒温器的实际温度。从室温开始每隔5℃-10℃测一组值,记录。2、曲线拟合求经验公式:运用最小二乘法,将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数(它们是物理学中最常用的基本函数),然后求出衡量各回归程序好坏的标准差。对已测得的和各对数据,以为自变量,作因变量,分别代入:(1)线性函数;(2)乘幂函数;(3)指数函数,求出各函数相应的和值,得出