上傳人：奔***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個人認(rèn)證

認(rèn)證主體：常**（實名認(rèn)證）

IP屬地：河北

IP屬地：河北 更新時間：2024-01-05 格式：ppt 頁數(shù)：15 大?。?23.00KB 人氣指數(shù)：12 舉報 版權(quán)申訴

1、半導(dǎo)體PN結(jié)的物理特性,引言：半導(dǎo)體PN結(jié)的物理特性是物理學(xué)和電子學(xué)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容之一。本儀器用物理實驗方法，測量PN結(jié)擴(kuò)散電流與電壓關(guān)系，證明此關(guān)系遵循指數(shù)分布規(guī)律，并較精確的測出玻爾茲曼常數(shù)（物理學(xué)重要常數(shù)之一），使學(xué)生學(xué)會測量弱電流的一種新方法。,實驗?zāi)康?測量半導(dǎo)體PN結(jié)電流與電壓關(guān)系。測定PN結(jié)溫度傳感器的靈敏度和玻爾茲曼常數(shù)。,,實驗儀器簡略圖,實驗原理,PN結(jié)伏安特性及玻爾茲曼常數(shù)測量由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，PN結(jié)的正向電

2、流—電壓關(guān)系滿足： 式中，I是通過PN結(jié)的正向電流，I0是反向飽和電流，在溫度恒定時，I為常數(shù)，T是熱力學(xué)溫度， 是電子的電荷量，U為PN結(jié)正向壓降。由于在常溫T=300K時，kt / e≈0.026V ，而PN結(jié)正向壓降約為0.1V的數(shù)量級，則 exp，括號內(nèi) -1項完全可以忽略，于是有：也即PN結(jié)正向電流隨正向電壓按指數(shù)規(guī)律變化。若測得PN結(jié)I-U關(guān)系值，則可以求出e/kT。在測得溫度T后，就可以得到

3、e/T常數(shù)，把電子電量作為已知值代入，即可求得玻爾茲曼常數(shù)。,,,,,,,,實驗線路如圖所示,加在三極管B，E間的電壓U1則通過的電流為Ie,三極管電流分布滿足Ie=Ib+Ic,又因為Ib很小，所以Ie約為Ic；通過理想運(yùn)放器把Ic放大成U2，且它們之間滿足指數(shù)關(guān)系，那么U1與流過PN結(jié)的電流Ic也滿足指數(shù)關(guān)系。,,,弱電流測量,簡介過去實驗中10-6A ~ 10-11A量級弱電流采用光點反射式檢流計測量，該儀器靈敏度較高約10-9A

4、/分度，但有許多不足之處。近年來，集成電路與數(shù)字化顯示技術(shù)越來越普及。高輸入阻抗運(yùn)算放大器性能優(yōu)良，價格低廉，用它組成電流-電壓變換器測量弱電流信號，具有輸入阻抗低，電流靈敏度高。溫漂小、線性好、設(shè)計制作簡單、結(jié)構(gòu)牢靠等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于物理測量中。,LF356是一個高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器，用它組成電流-電壓變換器(弱電流放大器),如圖所示。其中虛線框內(nèi)電阻Zr為電流-電壓變換器等效輸入阻抗。由圖可知，運(yùn)算放大器的輸入電壓U0為：

5、,,,電流－電壓變換器,Ui為輸入電壓，K0為運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益，即圖中電阻時的電壓增益，Rf 稱反饋電阻。因為理想運(yùn)算放大器的輸入阻抗，所以信號源輸入電流只流經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的通路。因而有：可得電流—電壓變換器等效輸入阻抗Zr為可得電流—電壓變換器輸入電流Is輸出電壓U0之間得關(guān)系式，即：,,,,只要測得輸出電壓U0和已知Rf值，即可求得IS值。以高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器LF356為例來討論Zr和IS值得大小。對LF3

6、56運(yùn)放的開環(huán)增益K0=2×105，輸入阻抗ri≈1012Ω。若取Rf為1.00MΩ，則得：若選用四位半量程200mV數(shù)字電壓表，它最后一位變化為0.01mV ，那么用上述電流—電壓變換器能顯示最小電流值為：由此說明，用集成運(yùn)算放大器組成電流-電壓變換器測量弱電流，具有輸入阻抗小、靈敏度高的優(yōu)點。,,（Ω）,,3．PN結(jié)的結(jié)電壓與熱力學(xué)溫度T關(guān)系測量。當(dāng)PN結(jié)通過恒定小電流（通常電流I＝1?000μA），由半導(dǎo)體理論

7、可得與T近似關(guān)系：式中mV/℃為PN結(jié)溫度傳感器靈敏度。由可求出溫度0K時半導(dǎo)體材料的近似禁帶寬度。硅材料的約為1.20eV。,,,實驗內(nèi)容,一、關(guān)系測定，并進(jìn)行曲線擬合求經(jīng)驗公式，計算玻爾茲曼常數(shù)（ ）（1）在室溫情況下，測量三極管發(fā)射極與基極之間電壓U1和相應(yīng)電壓U2。在常溫下U1的值約從0.3V開始，每隔0.01V測一點數(shù)據(jù)，約測10多數(shù)據(jù)點，至U2值達(dá)到飽和時（U2值變化較小或基本不變），結(jié)束測量。在記數(shù)據(jù)

8、開始和記數(shù)據(jù)結(jié)束都要同時記錄變壓器油的溫度θ，取溫度θ平均值。（2）改變干井恒溫器溫度，待PN結(jié)與油溫濕度一致時，重復(fù)測量U1和U2的關(guān)系數(shù)據(jù)，并與室溫測得的結(jié)果進(jìn)行比較。,,二. 關(guān)系測定，求PN結(jié)溫度傳感器靈敏度S，計算硅材料0K時近似禁帶寬度 值。（1）實驗線路如左上圖所示，測溫電路如右上圖所示。其中數(shù)字電壓表V2通過雙刀雙向開關(guān)，既作測溫電橋指零用，又作監(jiān)測PN

9、結(jié)電流，保持電流I＝100μA。,,,（2）通過調(diào)節(jié)左上圖電路中電源電壓，使上電阻兩端電壓保持不變，即電流I＝100μA。同時用電橋測量鉑電阻 的電阻值，通過查鉑電阻值與溫度關(guān)系表，可得恒溫器的實際濕度。從室溫開始每隔5℃－10℃測一定 值（即V1）與溫度θ（℃）關(guān)系，求得 關(guān)系。（至少測6點以上數(shù)據(jù)）,,,,,,實驗總結(jié),半導(dǎo)體PN結(jié)電阻率在常溫下基本上是線性的。但是隨著溫度的變化而變化，呈現(xiàn)指數(shù)形式。

10、PN結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的核心，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體在實際電路中有著非常廣泛的應(yīng)用。如：如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管、檢波二極管和開關(guān)二極管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管 ，利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制作變?nèi)荻O管利用兩個PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放大，振蕩等多種電子功能 。,做這個實驗要有極大的耐性，要在對實驗有初步認(rèn)識的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗操作。提議：半導(dǎo)體PN結(jié)還有很多物理特性，因為實驗器