实验十三---PN结特性的研究和应用.doc
《实验十三---PN结特性的研究和应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验十三---PN结特性的研究和应用.doc(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、12级电科专业专业实验安排表(2015下半年)内容班级太阳能电池特性研究黄瑞强PN结特性叶会亮导热系数罗 飞二阶电路邹文强电源特性邹文强声光电路黄瑞强数字万用表刘燕勇光电传感器刘志勇电科12112周32028周310111周32059周310316周310315周320713周320510周3303电科12213周32029周310112周32058周310315周310316周320714周320511周3303说明:14周3 (上课时间为第14周星期3;上课地点为物理实验室103教室。)103 每一时间段实验为4学时,下午上课时间:14:3017:30每次实验上课前需认真预习相关实验内容并
2、写好预习报告每位学生准备8张16开实验报告纸,8张32开原始记录纸。讲义份数:导热系数?份, 电源特性?份, 声光电路?份。所开设实验得房间管理由各位老师自己承担。 理学院物理实验室 2015、09、06实验十三 PN结特性得研究与应用PN结作为最基本得核心半导体器件,得到了广泛得应用,构成了整个半导体产业得基础。在常见得电路中,可作为整流管、稳压管;在传感器方面,可以作为温度传感器、发光二极管、光敏二极管等等。所以,研究与掌握PN结得特性具有非常重要得意义。PN结具有单向导电性,这就是PN结最基本得特性。本实验通过测量正向电流与正向压降得关系,研究PN 结得正向特性:由可调微电流源输出一个稳
3、定得正向电流,测量不同温度下得PN结正向电压值,以此来分析PN结正向压降得温度特性。通过这个实验可以测量出玻尔兹曼常数,估算半导体材料得禁带宽度,以及估算通常难以直接测量得极微小得PN结反向饱与电流;学习到很多半导体物理得知识,掌握PN结温度传感器得原理。【实验目得】1、测量同一温度下,正向电压随正向电流得变化关系,绘制伏安特性曲线; 2、在同一恒定正向电流条件下,测绘PN结正向压降随温度得变化曲线,确定其灵敏度,估算被测PN结材料得禁带宽度;3、学习指数函数得曲线回归得方法,并计算出玻尔兹曼常数,估算反向饱与电流;4、探究:用给定得PN结测量未知温度。【实验原理】一、PN结得正向特性理想情况
4、下,PN结得正向电流随正向压降按指数规律变化。其正向电流IF与正向压降VF存在如下近关系式: (1) 其中q为电子电荷;k为玻尔兹曼常数;T为绝对温度;IS为反向饱与电流,它就是一个与PN结材料得禁带宽度以及温度有关得系数,可以证明: (2) 其中C就是与结面积、掺质浓度等有关得常数,r也就是常数(r得数值取决于少数载流子迁移率对温度得关系,通常取r=3、4);Vg(0)为绝对零度时PN结材料得带底与价带顶得电势差,对应得qVg(0)即为禁带宽度。 将(2)式代入(1)式,两边取对数可得: (3) 其中 方程(3)就就是PN结正向压降作为电流与温度函数得表达式,它就是PN结温度传感器得基本方程
5、。令IF=常数,则正向压降只随温度而变化,但就是在方程(3)中还包含非线性顶Vn1。下面来分析一下Vn1项所引起得非线性误差。 设温度由T1变为T时,正向电压由VF1变为VF,由(3)式可得 (4)按理想得线性温度响应,VF应取如下形式 (5) 等于T1温度时得值由(3)式求导,并变换可得到 (6) 所以 = (7) 由理想线性温度响应(7)式与实际响应(4)式相比较,可得实际响应对线性得理论偏差为: =V理想 VF = (8)设T1=300K,T=310K,取r=3、4,由(8)式可得=0、048mV,而相应得VF得改变量约为20 mV以上,相比之下误差很小。不过当温度变化范围增大时,VF温
6、度响应得非线性误差将有所递增,这主要由于r因子所致。综上所述,在恒流小电流得条件下,PN结得VF对T得依赖关系取决于线性项V1,即正向压降几乎随温度升高而线性下降,这也就就是PN结测温得理论依据。二、求PN结温度传感器得灵敏度,测量禁带宽度由前所述,我们可以得到一个测量PN结得结电压VF与热力学温度T关系得近似关系式: (9)式中S(mV/)为PN结温度传感器灵敏度。用实验得方法测出VFT变化关系曲线,其斜率VF/T即为灵敏度S。 在求得S后,根据式(9)可知 (10)从而可求出温度0K时半导体材料得近似禁带宽度。硅材料得约为1、21eV。必须指出,上述结论仅适用于杂质全部电离,本征激发可以忽
7、略得温度区间(对于通常得硅二极管来说,温度范围约50150)。如果温度低于或高于上述范围时,由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加,VFT关系将产生新得非线性,这一现象说明VFT得特性还随PN结得材料而异,对于宽带材料(如GaAs,Eg为1、43eV)得PN结,其高温端得线性区则宽;而材料杂质电离能小(如Insb)得PN结,则低温端得线性范围宽。对于给定得PN结,即使在杂质导电与非本征激发温度范围内,其线性度亦随温度得高低而有所不同,这就是非线性项Vn1引起得,由Vn1对T得二阶导数可知,得变化与T成反比,所以VFT得线性度在高温端优于低温端,这就是PN结温度传感器得普遍规律。此外,由(4)
8、式可知,减小IF,可以改善线性度,但并不能从根本上解决问题,目前行之有效得方法大致有两种:1、利用对管得两个PN结(将三极管得基极与集电极短路与发射极组成一个PN结),分别在不同电流IF1、IF2下工作,由此获得两者之差(IF1IF2)与温度成线性函数关系,即 VF1VF2= (11)本实验所用得PN结也就是由三极管得cb极短路后构成得。尽管还有一定得误差,但与单个PN 结相比其线性度与精度均有所提高。2、采用电流函数发生器来消除非线性误差。由(3)式可知,非线性误差来自Tr项,利用函数发生器,IF比例于绝对温度得r次方,则VFT得线性理论误差为=0。实验结果与理论值比较一致,其精度可达0、0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 实验 十三 PN 特性 研究 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【人****来】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【人****来】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。