成都信息工程学院 物理实验报告 姓名: 石朝阳 专业: 班级: 学号: 实验日期: 2009-9-15下午 实验教室: 5102-1 指导教师: 【实验名称】 PN结物理特性综合实验 【实验目的】 1. 在室温时,测量PN结电流与电压关系,证明此关系符合波耳兹曼分布规律 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-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN结电压与温度关系,求出该PN结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】 半导体PN结的物理特性实验仪 资产编号:××××,型号:×××(必须填写) 【实验原理】 1.PN结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN结的正向电流-电压关系满足: ]1)/[exp(0kTeUII (1) 当exp/1eU kT 时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有: 0 exp(/)IIeU 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IU关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。在测得温度T 后,就可以得到 /e k,把电子电量e作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k。实验线路如图1所示。 2、弱电流测量 LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图 2所示。其中虚线框内电阻rZ 为电流-电压变换器等效输入阻抗。 运算放大器的输入电压0U 为: 00iUK U (3) 式(3)中iU 为输入电压,0K 为运算放大器的开环电压增益,即图 2中电阻fR 时的电压增益(fR称反馈电阻)。因而有: 00(1)iisffUUUKIRR (4) 由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗xZ 为 001iffxsURRZIKK (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流sI 与输出电压0U 之间的关系式,即: 图 1 PN结扩散电源与结电压关系测量线路图 1MLF356-+74+15V-15V236ecbV1V2100Ω1.5VTIP31TIP31ebcLF35612 3487 65RfIsKo-+U0UiZrIs图 2 电流-电压变换器 0isfrUUIZR (6) 只要测得输出电压0U 和已知fR 值,即可求得sI 值。 3、PN结的结电压beU与热力学温度T 关系测量。 当 PN结通过恒定小电流(通常100IA),由半导体理论可得beU与T 的近似关系: begoUSTU (7) 式中2.3/ oSmVC 为 PN结温度传感器灵敏度。由goU可求出温度 0K 时半导体材料的近似禁带宽度gogoEqU。硅材料的goE约为 1.20eV 。 【实验内容】 (一)cbeIU关系测定,...