实验报告半导体PN结的物理特性及弱电流测量

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(0kTeUII (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，...