复旦大学 物理实验(上) 半导体PN结的物理特性实验报告.pdfVIP

半导体PN结的物理特性

实验目的与要求

1、学会用运算放大器组成电流-电压变换器的方法测量弱电流。

2、研究PN结的正向电流与电压之间的关系。

3、学习通过实验数据处理求得经验公式的方法。

实验原理

PN结的物理特性测量

由半导体物理学中有关PN结的研究，可以得出PN结的正向电流一电压关系满足

（1）

式中I是通过PN结的正向电流，I是不随电压变化的常数，T是热力学温度，e是电

0

子的电荷量，U为PN结正向压降.由于在常温(300K)下，KT/e=0,026V，而PN结正

向压降约为十分之几伏，则eeU/kTl，(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有

(2)

即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化.若测得PN结I-U关系值，则利用(2)式可

以求出e/kT.在测得温度T后，就可以得到e/k常数，然后将电子电量作为已知值代入，

即可求得玻尔兹曼常数k。

在实际测量中，为了提高测量玻尔兹曼常数的正确性，利用集成运算放大器组成的电流-电

压变换器输人阻抗极小的特点，常用半导体三极管的集电极c与基极b短接(共基极)来代替

PN结进行测量.具体线路如图下

实验仪器

PN结实验仪、TIP31型三极管、恒温装置

1、直流电源和数字电压表，包括—15V——0——+15V直流电源、1.5V直流电源、0

——2V三位半数字电压表、四位半数字电压表.

2、LF356集成运算放大器，它的各引线脚如2脚、3脚、4脚、6脚、7脚由学生用棒针

引线连接;待测样品TIP31型三极管的e、b、c三电极可以从机壳右面接线柱接入

3、不诱钢保温杯組合，它包括保温杯、内盛少量油的玻璃试管、搅拌器水银温度计等.(实

验时，开始保温杯内为适量室温水，然后根据实验需要加一些热水，以改变槽内水的温度;测

量时应搅拌水，待槽内水温恒定时，进行测量）

实验内容

一、必做部分：

1、在室温（保温杯加入适量的自来水，为什么？）下，测量PN结正向电流与电压的关系。

·粗略测量PN结正向电压U1及正向电流所对应的电压U2之间的关系。（U2何时出现饱

合？为什么会出现饱合？）

·由粗测结果确定仔细测量的范围（U2大致的变化范围是多少？）；约测12-16组数据。

·用最小二乘法对实验数据分别作线性、指数、乘幂等函数的拟合，由求得的回归系数和标

准偏差来判断各函数的优劣。

·计算玻尔兹曼常数k。

2、保持PN结正向电压不变，测量PN结正向电流与温度的关系。

·温差不小于30℃，不少于7组数据。（如何保持PN结的正向电流不变？）

·以此推算反向饱和电流与温度的关系，并计算0K时PN结材料（硅）的禁带宽度。

3、保持PN结正向电流不变，测量PN结正向电压与温度的关系。

·温差不小于30℃，不少于7组数据。

·以此推算正向电压与温度的关系，并计算0K时PN结材料（硅）的禁带宽度。

实验数据记录

1、粗测：

粗测时分为三个阶段，第一阶段是V0，此时V274.66mV，当V=0时，V=274.66mV

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接下来是第二阶段，V0，V和V都发生变化，但V变化幅度逐渐变小，直至几乎不变，

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当V=13.503V时，不论V如何变化，V都几乎不再发生变化，刚到达此值时，V=0.4745V

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