精品文档---下载后可任意编辑半导体 PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。使用本实验的仪器用物理实验方法,测量 PN 结扩散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律,并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥,测量 PN 结结电压与热力学温度 T 关系,求得该传感器的灵敏度,并近似求得 0K 时硅材料的禁带宽度。【实验目的】1、在室温时,测量 PN 结扩散电流与结电压关系,通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。2、在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量 10-6A 至 10-8A 的弱电流。4、测量 PN 结结电压与温度关系,求出结电压随温度变化的灵敏度。5、计算在 0K 时半导体(硅)材料的禁带宽度(选作)。6、学会用最小二乘法拟合数据。【实验仪器】FD-PN-4 型 PN 结物理特性综合实验仪(如下图),TIP31c 型三极管(带三根引线)一只,长连接导线11 根(6 黑 5 红),手枪式连接导线 10 根,3DG6(基极与集电极已短接,有二根引线)一只,铂电阻一只。FD-PN-4 型 PN 节物理特性测定仪【实验原理】1.测量三极管发射极与基极电压 U1和集电极与基极电压 U2之间的关系(a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:I=I 0[eeU/ KT−1 ] (1)式(1)中 I 是通过 PN 结的正向电流,I0是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T 是热力学温度,是电子的电荷量,U 为 PN 结正向压降。由于在常温(300K)时,/v ,而 PN 结正向压降约为十分之几伏,则eeU/ KT >>1,(1)式括号内-1 项完全可以忽略,于是有:I=I 0eeU / KT (2)也即 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(1)式可以求出/。在测得温度 T 后,就可以得到/常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数。在实际测量中,二极管的正向 I-U 关系虽然能较好满足指数关系,但求得的常数往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。一般它包括三个部分:[1]扩散电流,它严格遵循(2)式;[2]耗尽层复合电流,它正比于eeU/2KT ;[3]表面电流,它是由 Si 和 SiO2界面中杂质引起的,其值正比于eeU/mKT ,一般 m>2。因此,为了验证(2)式及求出准确的/常数,不宜...