PN结物理特性测定

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PN结的物理特性 【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-电压变换器测量弱电流。 4．测量PN结电压与温度的关系，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。 【实验原理】 1． 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： (1) 式中是通过PN结的正向电流，是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，是热力学温度， v 是电子的电荷量，为PN结正向压降。由于在常温(300K)时，≈0.026，而PN结正向压降 约为十分之几伏，则>>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： (2) I-U 也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结关系值，则利用(1)式可以求出 。在测得温度后，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。 I-U 在实际测量中，二极管的正向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）耗尽层符合电流，它正比于；3)表面电流，它是由硅和二氧化 硅界面中杂质引起的，其值正比于，一般>2。因此，为了验证(2)式及求出准确 的/常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短接， 集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实 验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全 可以忽略，所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式。实验线路如图1所示。