pn結伏安特性的測量實驗報告

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1、課程編號得分教師簽名批改日期深圳大學實驗報告課程名稱：大學物理實驗（一）實驗名稱：PN結伏安特性的測量學院：指導教師：報告人：組號：學號實驗地點實驗時間：提交時間：一、實驗目的實驗要求作出PN結正，反向伏安特性曲線，以直觀理解PN結正向導通，反向截止的點特新，為理解半導體內部帶電粒子飄移，擴散等運動提供強有力的事實依據(jù)。為得出準確合理的曲線，需正確地連接實驗線路，弄清伏安法內接和外接的區(qū)別以及待測阻值大小與之相應的接法；需采集微小變化量，非線性點的原始數(shù)據(jù)。在采集正反向曲線（U,I）點時應區(qū)別

2、對待。?通過本實驗激發(fā)試驗者的空間想象，邏輯推理能力，訓練應變能力以及強化嚴謹分析問題的能力和務實的工作作風，形成科學探索研究素質、本實驗著重培養(yǎng)和提高實驗者在半導體領域的基本實驗測試技術。二、實驗原理半導體分本征和雜質兩大類。純凈的無雜質的半導體稱為本征半導體。在本征半導體中摻入微量的雜質，將顯著地改變半導體的特性，成為雜質半導體。若在鍺中摻入百萬分之一的砷后，其導電率將提高數(shù)萬倍。雜質半導體分為空穴型（P型）和電子型（N型）兩種。下面對它們的導電性分別作一些簡要的說明。如圖7-1所示，將五價

3、雜質原子砷（As）摻入到四價硅（Si）中，砷有五個價電子，其中四個價電子與相鄰的硅原子形成共價鍵，第五個價電子所受的束縛較小，它可環(huán)繞帶正電的砷離子（As+）運動。砷這類五價雜質稱為施主雜質。由于含有施主雜志半導體的載流子為電子，故摻有施主雜志的半導體也叫做N型半導體。如圖7-2所示，將三價雜質原子硼（B）摻入到四價半導體鍺（Ge）中，由于硼有三個價電子，它和相鄰的鍺原子構成共價鍵時，缺少一個價電子，于是就存在一個帶+e電荷的空穴。這個空穴在帶+e電荷的硼離子的作用下，將環(huán)繞帶負電的硼離子（B-

4、）運動。硼這類三價雜質則稱為受主雜質。由于含有受主雜質半導體的載流子為空穴，故摻有受主雜質的半導體也叫做P型半導體。當P型半導體和N型半導體相接觸時，在它們相接觸的區(qū)域就形成了PN結。實驗中發(fā)現(xiàn)，PN結兩端沒有加外電壓時，半導體中沒有電流；當PN結兩端加上外電壓時，就有電流通過，電流的大小和方向跟外加電壓有關。圖7-3是從實驗中得出的PN結伏安特性曲線。從曲線中可以看到，若P型接正極，N型接負極，即電壓U為正向電壓時，電流為正值（I>0），這個電流叫正向電流，而且隨著正向電壓的增加，正向電流亦隨

5、之呈指數(shù)上升。從曲線中還可以看到，若P型接負極，N型接正極，即電壓U為反向電壓時，電流為負值（I<0），這個電流叫做反向電流，其絕對值較正向電流小，且隨著反向電壓的增加，反向電流很快達到飽和電流Is。利用PN結的這個特性，可制成電子線路中常用的檢波和整流二極管。下面對PN結的導電特性作一些說明。當P型與N型相接觸時，有電子從N型擴散到P型中去，同時也有空穴從P型擴散到N型中去（見圖7-4（a））。這樣，在P型和N型相接觸的區(qū)域就出現(xiàn)了偶電層（見圖7-4（a））。由于這個偶電層的存在，在P型和N型

6、相接觸的區(qū)域內就存在由N指向P的電場，它要阻止空穴和電子的繼續(xù)擴散，直至達到動平衡為止。這時，在P型和N型接觸區(qū)域存在如圖7-4（c）所示的電勢變化情況。圖中U0為動平衡時P、N之間勢壘的高度。因而無論是空穴或電子都需克服高度為U0的勢壘，從能通過偶電層進入到N或P中去。圖中“o”為空穴，“●”為電子，x0為偶電層的寬度，實驗測得約為10^-7m。然而，當P接外電源正極，N接外電源負極，即P、N間為正向電壓U時，則使勢壘高度降低，于是N型中的電子和P型中的空穴將較容易通過PN結，從而在電路中形成

7、電流。這就是圖7-3中，隨正向電壓增加，正向電流亦增加的道理。反之，當P接外電源負極，N接外電源正極，即P、N間為反向電壓-U時，N型中的電子和P型中的空穴都更難通過PN結，從而在電路中只能形成很弱的電流，且很快就會達到飽和電流，這點亦可從圖7-3中看出。半導體PN結的種種應用已深入到人們生活中的許多方面，也幾乎涉及一切科技領域。由于納米材料和相應技術的發(fā)展，集成電路的集成度（即芯片上的元件數(shù)）越來越高，在1cm2的芯片上已能集成上億個電子元件。三、實驗儀器：本實驗的儀器實物圖如圖7-5所示。1

8、.直流穩(wěn)壓電源的技術指標????2.可變電阻箱的結構和技術指標?3.電壓表???4.電流表??5.被測元件四、實驗內容：（1）測定及繪制出PN結的正向，反向伏安特性曲線（分別用電流表外接和內接）。按圖7-8、圖7-9連接實驗線路，選取合適的電源、變阻器的值，自己設計表格。為得到合理的正向、反向伏安特性曲線需采集多少個點？間距是多少？（2）測定及繪制出穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性曲線。?選擇電流表外接或內接。選取合適的電源、變阻器的值，自己設計表格。為得到合理的反向伏安特性曲線需采集多少個點？間距是多