PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

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...