PN结正向电压温度特性研究(三).docx

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PN结正向电压温度特性研究
By金秀儒
物理三班
Pb05206218
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学号：pb05206218
姓名：金秀儒
实验题目：PN结正向电压温度特性研究
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实验目的：
了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。 在恒流供电条件下，测绘PN结正向压降随温度
变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测 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
实验原理：
理想PN结的正向电流片和压降Vf存在如下近似关系IF = Isexp(9V匚)其中q为电子电荷; kT
k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Is为反向饱和电流，它是一个和 PN结材料的禁带宽度以及
温度等有关的系数，可以证明Is = Crexp[ — qVg(0)]其中C是与结面积、掺质浓度等有关的 kT
常数：r也是常数；Vg(0)为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。
」k c i kT r
Vf =Vg(0) — Tn——T ———InT =V1+Vm
Vq If J q
fk c 1
Vi =Vg(0)— Tn — T
lq IF J . .
Vm = --^-(InT r )
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If =常数，则正向压降只随温度而变化，除线性项 Vi外还包含非线性项 Vni项所引起的线性
洱至
庆2^ o
Vf =Vg(0) -Vg (0)-Vfi IT -kT1n 工
g g T1 q T1
按理想的线性温度影响， V f应取如下形式：
:Vf1
5 "FQF
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生匚等于Ti温度时的空匚值。
.:T T
-Mi Vg（0）-Vfi k
PAGE Ill
=- ——r
.:T Ti q
Vg -VFi k T k
丫理想=vfi + | - r （T -Ti ）=Vg ⑼ 一 Vg（0） — vfi （T -T1 r
IL Ti q Ti q
k kT T ,
实际响应对线性的理论偏差为 A =V理相—VF = — — r] — T1）+——Ln（—）r
q q Ti
设Ti=300°k, T=3i0 k,取r=* ,可得？=,而相应的 Vf的改变量约20mV ,相 比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时， Vf温度响应的非线性误差将有所递增，这主要
由于r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 Vi,即正向压降
几乎随温度升高而线性下降，这就是 PN结测温的依据。必须指出，上述结论仅适用于杂质全
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，温度范围约 -50℃—i50C）。
如果温度低于或高于上述范围时，由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加； Vf—T关系
将产生新的非线性，这一现象说明Vf—T的特性还随PN结的材料而异，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 范围宽，对于给定的 PN结，即使在杂质导电和非本征激发温度范围内，其线性度