试验12PN结正向压降与温度关系的研究

实验 12 PN 结正向压降与温度关系的研究随着半导体工艺水平的不断提高和发展,半导体PN 结正向压降随温度升高而降低的特性使 PN 结作为测温元件成为可能,过去由于PN 结的参数不稳 ,它的应用受到了极大限制,进入二十世纪七十年代以来,微电子技术的发展日趋成熟和完善,PN 结作为测温元件受到了广泛的关注。温度传感器有正温度系数传感器和负温度系数传感器之分，正温度系数传感器的阻值随温度的上升而增加，负温度系数传感器的阻值随温度的上升而减少，热电偶、热敏电阻，测温电阻属于正温度系数传感器，而半导体PN 结属于负温度系数的传感器。这两类传感器各有其优缺点，热电偶测温范围宽，但灵敏度低，输出线性差，需要设置参考点；而热敏电阻体积小，灵敏度高，热响应速度快，缺点是线性度差；测温电阻如铂电阻虽然精度高，线性度好，但灵敏度低，价格高。相比之下，PN 结温度传感器有灵敏度高，线性好，热响应快和体积小的优点，尤其在数字测温，自动控制和微机信号处理方面有其独特之处，因而获得了广泛的应用。一. 实验目的1． 了解 PN 结正向压降随温度变化的基本关系，测定PN 结FFVI特性曲线。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FFVI特性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FI与正向电压FV满足以下关系；FI=sI（expkTeVF -1）⑴式中 e 为电子电荷量、 k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，sI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 expkTeVF 》1,上式括号内的第二项可以忽略不计,于是有kTeVIsIFFexp⑵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FFVI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FFVI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FI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...