PN结正向压降与温度特性的研究.doc

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1、物理实验报告数学系张冬梅PB03001104实验题目：PN结正向压降与温度特性的研究实验目的:1.T解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。2.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。3•学习用PN结测温的方法。IF=Iscxp(实验原理：理想PN结的正向电流If和压降Vf存在如下近似关系（1）其中q为电子电荷；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=CTrexp[

2、-叫(0)kT(2)其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；VJ0）为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。将（2）式代入（1）式，两边取对数可得kckT5=匕(0)—Tn——T——InTrWIf)q其中宀(。)七讨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I厂常数，则止向压降只随温度而变化在恒流供电条件下，PN结的Vf对T的依赖关系取决于线性项V

3、,即止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。VF—T的特性还随PN结的材

4、料而异。略去非线性项，可得匕=(0)+AT=(273.2)+SATAT=-273.2°K,即摄氏温标与凯尔文温标之差。实验装置如图:A_牛羊iSriD—待昭PN绪巴一DJ：T弓1钱座加尬电濟播孑LB—样品朋t—I—加轴盜实验数据：实验起始温度Ts=26.6°C工作电流IF=50(1A起始温度为Ts时的正向压降Vf(Ts)=590mV(升温过程数据)控温电流AAV=VF(T)-VF(Ts)mvT°CT=(273.2+T)°K0.2-1030.9304.10.2-2035.2308.40.2-3039.

5、6312.80.3-4044.1317.30.3-504&6321.80.3-6053.1326.30.3-7057.3330.50.3-8061.7334.90.4-9066.5339.70.4-10070.9344.10.5-11075.4348.60.5-12079.8353.00.5-13084.3357.50.5-1408&8362.00.6-15093.3366.50.6-16097.7370.90.6■170102.0375.20.7-180106.6379.8（降温过程数据）AV=V

6、F(T)-VF(Ts)mvT°CT=(273.2+T)°K-1030.4303.6-2034.8308.0-3039.6312.8-4044.5317.7-5048.9322.1-6053.5326.7-7057.8331.0-8062.8336.0-9067.5340.7-10071.5344.7-11076.5349.7-12080.7353.9-13084.935&1-14089.4362.6-15094.5367.7-16098.5371.7-170103.2376.4-180107.438

7、0.61.求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S(mv/°C)o作AV—T曲线(使用Origin软件工具)，其斜率就是So(pnl开氏温度表示)(1)升温过程：>E(stLl.>,(1)丄温度T(°K)002■ooooooO246802----11对升温过程数据进行线性拟合的结果如下:LinearRegressionforDataupVI-V2:Y=A+B*XA671.147690.84496B-2.241140.00247RSDNP-0.999990.242218<0.0001(2)降温过程温度

8、T(°K)对降温过程数据进行线性拟合的结果如下:LinearRegressionforDatadownVlV2:Y=A+B*XParameterValueErrorA659.975972.24997B-2.204670.00655RSDNP-0.999930.6543918<0.0001灵敏度S取两组数据处理中的B的平均值:S=[(・2.24)+(220)]/2=-2.22(mv/°C)2•估算被测PN结材料硅的禁带宽度Eg(O)=qVg(O)电子伏。根据(6)式，略去非线性项，(AT=-273.2

9、°K,即摄氏温标与凯尔文温标之差)可得：y=V(0)+AT=VF(273.2)+5-ATgT(*)=590mV+(-2.22)(mv/°C)(-273.2-26.6)°K=1255.56mV=1.26VEg(0)=qVg(0)=1.26电子伏3.将实验所得的Eg(0)与公认值Eg(0)=1.21电子伏比较，求其误差得：[

10、1.20-1.21

11、/1.21]*100%=4.1%思考题1.测％(0)或Vf(Tr)的目的何在？为什么实验要求测AV—T曲线而不是Vf—T曲线。答