半导体PN结的物理特性及弱电流测量.doc

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 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。。
【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，至到达饱和(变化较小或根本不变)。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拟。
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4
4、玻尔兹曼常数。利用，把电子电量作为值代入，求出并与玻尔兹曼常数公认值〔
〕进行比拟。
〔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根本函数(它们是物理学中最常用的根本函数),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，得出三种函数式，究竟哪一种函数符合物理规律必须用标准差来检验。方法是：把实验测得的各个自变量分别代入三个根本函数，得到相应因变量的预期值,并由此求出各函数拟合的标准差：

用最小二乘法对关系进行直线拟合，求出PN结测温灵敏度及近似求得温度为0时硅材料禁带宽度。
【考前须知】
数据处理时，对于扩散电流太小(起始状态)以及扩散电流接近或到达饱和时的数据，在处理数据时应删去，因为这些数据可能偏离公式(2)。
必须观测恒温装置上温度计读数，待TIP31三极管温度处于恒定时(即处于热平衡时),才能记录和数据。
本实验，TIP31型三极管温度可采用的范围为0-50℃。
仪器具有短路自动保护，一般情况集成电路不易损坏，但请勿将二极管保护装置撤除。
【数据记录】〔数据仅供参考〕
1、关系测定。 室温条件下: =℃， =℃，=℃