PN结正向压降及温度关系研究实验报告计划.docxPN结正向压降与温度关系的研究实验报告 班级：材物 41 姓名：禇雨婷 学号： 01 一、 实验目的 （ 1）了解 PN结正向压降随温度变化的基本关系，测定 PN结 I F VF 特性曲 线及玻尔兹曼常数； 2）测绘 PN结正向压降随温度变化的关系曲线，确定其灵敏度及 PN结材料的禁带宽度； 3）学会用 PN结测量温度的一般方法。 二、实验仪器 SQ-J 型 PN结特性测试仪，三极管（ 3DG6），测温元件，样品支架等。 三 、实验原理 1．PN结 I F VF 特性及玻尔兹曼常数 k 的测量： 由半导体物理学中有关 PN结的研究可以得出 PN结的正向电流 I F 与正向电压 VF 满足以下关系 I F
= I s （ exp
eVF
-1 ）
⑴ kT 式中 e 为电子电荷量、 k 为玻尔兹曼常数， T 为热力学温度， I s 为反向饱和电流，它是一个与 PN结材料禁带宽度及温度等因素有关的系数，是不随电压变化的常数。由于在常温（ 300K）下， kT/q=, 而 PN结的正向压降一般为零点几伏 , 所以 exp eVF 》,1 上式括号内的第二项可以忽略不计 , 于是有 kT I F eVF ⑵ Is exp kT 这就是 PN结正向电流与正向电压按指数规律变化的关系 , 若测得半导体 PN结的 I FVF 关系值 , 则可利用上式以求出 e/kT. 在测得温度 T 后 , 就可得到 e/k 常数 , 将 电子电量代入即可求得玻尔兹曼常数 k。 在实际测量中，二极管的正向 I F VF 关系虽能较好满足指数关系，但求得的 k 值往往偏小，这是因为二极管正向电流 I F 中不仅含有扩散电流，还含有其它电流成份。如耗尽层复合电流 . 、表面电流等。在实验中 , 采用硅三极管来代替硅二极管，复合电流主要在基极出现，三极管接成共基极线路（集电极与基极短接），集电极电流中不包含复合电流。若选取性能良好的硅三极管，使它处于较低的正向偏置状态，则表面电流的影响可忽略。此时集电极电流与发射极—基极电压满足⑵式，可验证该式，求出准确的 e/k 常数。 2．PN结材料禁带宽度的测量： 由物理学知， PN结材料禁带宽度是绝对零度时 PN结材料的导带底和价带顶间 的电势差 Vg (0) 有如下关系 I s CT r exp eVg (0) ⑶ kT ⑶式中， r 是常数， C 是与结面积、掺杂浓度等有关的参数，将⑶式代⑴式后 两边取对数得 VF
