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PN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: 2140906001
一、 实验目的
I V
(1)了解 PN 结正向压降随温度变化的基本关系,测定 PN 结 F F 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
V
F 满足以下关系
eVF
I F = I s (exp -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=0.026, 而 PN结的正向压降一般为零点几伏 , 所以
eVF
exp 》,1 上式括号内的第二项可以忽略不计 , 于是有
kT
eVF
I F Is exp ⑵
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 F VF 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 V g ( 0) 有如下关系
r eVg (0 )
I s CT exp 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
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