PN结器件电流—电压特性.doc

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实验一 PN结器件电流—电压特性
一、根本原理
PN结是半导向偏置PN结电流很小、表现很
高电阻性。
当反向偏压一旦增加到某一定值VB ，那么
反向电流瞬间骤然急速增大〔如下图〕，这
现象叫做PN结的击穿，VB称为击穿电压。
PN结之所以在正向、反向偏置下表现出
不同的电流-电压特征，主要取决于其不同的
掺杂〔内因〕，在外加偏压作用下〔外因〕而
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引起的，外加电压是通过PN结起作用的。事
实上，不同PN结反向击穿可表现为热引起击
穿 — 热击穿，电压作用引起的击穿 — 电
击穿，以及这两种过程相互影响的热 - 电击
穿现象。单电击穿就有雪崩击穿与隧道击穿〔又称齐纳击穿〕两种之分。作为整流器使用的二极管，工作电压的交流峰值务必小于击穿电压VB ；否那么PN结就会破坏。击穿现象虽有不利的一方面，但我们可利用击穿电压附近电流急剧变化的特性制成雪崩渡越〔PIN〕二极管用于光接收，隧道二极管的微波功率源以实现微波振荡。对于三极管中浅结扩散、收集结可近似看成单边突变结，其结区击穿电压大小取决于低掺杂一侧杂质浓度。
二、发光二极管〔LED〕电流- 电压特性
具有PN结结构的发光二极管伏安特性同普通整流二极管相似，如图。 根据外加电压的大小与流过PN结电流及其对发光性能的影响，I-V关系曲线可分成四个区。
正向死区
当外偏压小于开通电压VF ，克服不同PN结附近因浓度梯度而扩散形成的势垒电场。 此时，PN结仍呈现较大电阻值、正向电流很小，故0a段称为正向死区。LED开通电压随不同材料而异，, GaAs1--, Ga1-, 左右 。
正向工作区
当外加偏压超过开通电压VF时，足以克服PN结空间电荷区的势垒电场，致使正向电流迅速增大，从而使从N区注入的电子与从P区注入的空穴在结区附近复合发光，这时I-V关系满足〔Ⅰ〕式，伏安曲线中a b段呈现陡增向上。
反向死区
当在PN结外加反偏压，仅有少数载流子通过PN结形成反向电流，此称为反向饱和电流。根据〔Ⅰ〕式，设 qVF = ,那么IF = -IS ,如I-V曲线0c段。
反向击穿区
当反偏压继续增加，使V≥∣VB∣,那么反向电流骤然增大，出现了上述所说PN结击穿现象，该电压对应电流区称为击穿区，如图cd段所示。
三、实验目的要求
掌握PN结的根本原理及其电学性能。
了解JT-1图示仪的工作原理及其使用方法。
测量发光二极管与光电三极管的伏安特性，进一步验证I-V曲线变化规律。
四、JT-1图示仪
组成