pn结正向电压温度特性研究.docx

pn结正向电压温度特性研究.docx:..By%蓊曾幅111津Pb05206218学号:pb05206218姓名:金秀儒实验题目:PN结正向电压温度特性研究5实验目的:了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。在怛流供电条件下,测绘PN结正向压降随温度变化曲线,并由此确定其灵敬度和被测PN结材料的禁带宽度。学习用PN结测温的方法。实验仪器:样品架、测试仪、加热器其中q为电子电荷;实验原理:理想PN结的正向屯流1卜・和压降丹存在如下近似关系1,=/sexp(k为波尔兹曼常数;T为绝对温度;Is为反向饱和电流,它是-个和PN结材料的禁帯宽度以及温度等有关的系数,可以证明/s=C厂exp[-坐型]其中C是号结血积、掺质浓度等有关的kT常数:1•也是常数;V』O)为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。kTT——IyiT=Vx+VnXq(kr作=00)_-In—曲If宀(。)七化—叫厂)q这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式,它是PN结温度传感器的基本方程。令1卜=常数,贝怵向丿k降只随温度而变化,除线性项V】外还包含非线性项%项所引起的线性误差。(T、4按理想的线性温度影响,Vf应取如卜•形式:7\V瞎想二G+話(JG7\V 7\V話等竹温度时的話值。00)—Nk rKi想=+实际响应对线性的理论偏并为△=7理想-VF设Ti=300°k,T=310°k,取r=*,可得A=,而相应的Vf的改变量约20mV,相比之卜误差甚小。不过当温度变化范围增人时,Vf温度响应的非线性误差将有所递增,这主耍由于「因子所致。综上所述,在恒流供电条件下,PN结的Vf对T的依赖关系取决于线性项V],即正向压降几卩随温度升高而线性下降,这就是PN结测温的依据。必须指出,上述结论仅适用于朵质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间(对于通常的硅二极管来说,温度范|刑约・50°C—150°C)。如果温度低丁或高丁•上述范围时,由丁•杂质电离因子减小或木征载流子迅速增加;Vf—T关系将产生新的非线性,这现象说叨Vf—T的特性还随PN结的材料而界,对于宽带材料(如GaAs)的PN结,其高温端的线性区则宽;而材料杂质电离能小(如Insb)的PN结,则低温端的线性范国宽,对丁•给定的PN结,即使在杂质导电和非本征激发温度范围内,其线性度亦随温度的d2v 1 dV禹低而有所不同,这是非线性项引起的,rtlVnl对T的二阶导数一二一可知亠的dT2 T dT变化与T成反比,所以Vf・T的线性度在高温端优于低温端,这是PN结温度传感器的普遍规律。此外,减小If,可以改善线性度,但并不能从根木上解决问题,H前行Z冇效的方法大致冇两种:1、对管的两个be结(将「极管的基极与集电极短路与发射极组成一个PN结),分别在不同电流Ih,If2下工作,由此获得两者电压Z差(Vf】・Vf2)与温度成线,性函数关系,即VF,-VF1=—In^-q iF2rtr丁晶体管的参数有一定的离散性,实际与理论仍存在差距,但与单个pn结相比其线性度与精度均有所提高,这种电路结构与恒流、放人等电路集成一体,便构成集成电路温度传感器。数据处理及结论:实验起始温度Ts=°C;工作电流IF=50pA;起始温度Ts为时的正向压降作(心)=605加7AVT(升温)T(降温)升温电流/mV°CK°CK/A--202&---------&-------(升温)-40--60--80-ALinearFitofDatalALinearRegressionforDatal_B:Y=A+B*XParameterValueError-100--120--