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《實驗報告---半導體pn結(jié)的物理特性及弱電流測量》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、成都信息工程學院物理實驗報告姓名：石朝陽專業(yè)：班級：學號：實驗日期：2009-9-15下午實驗教室：5102-1指導教師：【實驗名稱】PN結(jié)物理特性綜合實驗【實驗目的】1.在室溫時，測量PN結(jié)電流與電壓關(guān)系，證明此關(guān)系符合波耳茲曼分布規(guī)律2.在不同溫度條件下，測量玻爾茲曼常數(shù)3.學習用運算放大器組成電流-電壓變換器測量弱電流4.測量PN結(jié)電壓與溫度關(guān)系，求出該PN結(jié)溫度傳感器的靈敏度5.計算在0K溫度時，半導體硅材料的近似禁帶寬度【實驗儀器】半導體PN結(jié)的物理特性實驗儀資產(chǎn)編號：××××，型號：×××（必須填寫）【實驗原理】1．PN結(jié)的伏安特性
2、及玻爾茲曼常數(shù)測量PN結(jié)的正向電流-電壓關(guān)系滿足：(1)當時,(1)式括號內(nèi)-1項完全可以忽略，于是有：(2)也即PN結(jié)正向電流隨正向電壓按指數(shù)規(guī)律變化。若測得PN結(jié)關(guān)系值，則利用(1)式可以求出。在測得溫度后，就可以得到，把電子電量作為已知值代入，即可求得玻爾茲曼常數(shù)。實驗線路如圖1所示。圖1 PN結(jié)擴散電源與結(jié)電壓關(guān)系測量線路圖2、弱電流測量圖2 電流－電壓變換器LF356是一個高輸入阻抗集成運算放大器，用它組成電流-電壓變換器(弱電流放大器),如圖2所示。其中虛線框內(nèi)電阻為電流-電壓變換器等效輸入阻抗。運算放大器的輸入電壓為：(3)式(3
3、)中為輸入電壓，為運算放大器的開環(huán)電壓增益，即圖2中電阻時的電壓增益（稱反饋電阻）。因而有：(4)由（4）式可得電流-電壓變換器等效輸入阻抗為(5)由(3)式和(4)式可得電流-電壓變換器輸入電流與輸出電壓之間的關(guān)系式，即：(6)只要測得輸出電壓和已知值，即可求得值。3、PN結(jié)的結(jié)電壓與熱力學溫度關(guān)系測量。當PN結(jié)通過恒定小電流（通常），由半導體理論可得與的近似關(guān)系：(7)式中為PN結(jié)溫度傳感器靈敏度。由可求出溫度0時半導體材料的近似禁帶寬度。硅材料的約為1.20?！緦嶒瀮?nèi)容】（一）關(guān)系測定，并進行曲線擬合計算玻爾茲曼常數(shù)（）1、在室溫情況下，
4、測量三極管發(fā)射極與基極之間電壓和相應電壓。的值約從至范圍，每隔測一相應電壓的數(shù)據(jù)，至達到飽和(變化較小或基本不變)。在記錄數(shù)據(jù)開始和結(jié)束時都要記錄下變壓器油的溫度，取溫度平均值。2、改變干井恒溫器溫度，待PN結(jié)與油溫一致時，重復測量和的關(guān)系數(shù)據(jù)，并與室溫測得的結(jié)果進行比較。3、曲線擬合求經(jīng)驗公式：運用最小二乘法將實驗數(shù)據(jù)代入指數(shù)函數(shù)。求出相應的和值。圖3圖44、玻爾茲曼常數(shù)。利用，把電子電量作為已知值代入，求出并與玻爾茲曼常數(shù)公認值（）進行比較。（二）關(guān)系測定，計算硅材料0時近似禁帶寬度值。1、通過調(diào)節(jié)圖3電路中電源電壓，使上電阻兩端電壓保持不
5、變，即電流。同時用電橋測量鉑電阻的電阻值，得恒溫器的實際溫度。從室溫開始每隔5℃－10℃測一組值，記錄。2、曲線擬合求經(jīng)驗公式：運用最小二乘法，將實驗數(shù)據(jù)分別代入線性回歸、指數(shù)回歸、乘冪回歸這三種常用的基本函數(shù)(它們是物理學中最常用的基本函數(shù)),然后求出衡量各回歸程序好壞的標準差。對已測得的和各對數(shù)據(jù)，以為自變量，作因變量，分別代入：(1)線性函數(shù)；(2)乘冪函數(shù)；（3）指數(shù)函數(shù)，求出各函數(shù)相應的和值，得出三種函數(shù)式，究竟哪一種函數(shù)符合物理規(guī)律必須用標準差來檢驗。辦法是：把實驗測得的各個自變量分別代入三個基本函數(shù)，得到相應因變量的預期值,并由此
6、求出各函數(shù)擬合的標準差：用最小二乘法對關(guān)系進行直線擬合，求出PN結(jié)測溫靈敏度及近似求得溫度為0時硅材料禁帶寬度?！咀⒁馐马棥?.數(shù)據(jù)處理時，對于擴散電流太小(起始狀態(tài))以及擴散電流接近或達到飽和時的數(shù)據(jù)，在處理數(shù)據(jù)時應刪去，因為這些數(shù)據(jù)可能偏離公式(2)。2.必須觀測恒溫裝置上溫度計讀數(shù)，待TIP31三極管溫度處于恒定時(即處于熱平衡時),才能記錄和數(shù)據(jù)。3.本實驗，TIP31型三極管溫度可采用的范圍為0-50℃。4.儀器具有短路自動保護，一般情況集成電路不易損壞，但請勿將二極管保護裝置拆除?！緮?shù)據(jù)記錄】（數(shù)據(jù)僅供參考）1、關(guān)系測定。室溫條件下
7、:=25.90℃，=26.10℃，=26.00℃0.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.0730.1040.1600.2300.3370.4990.7330.3800.3900.4000.4100.4200.4300.4401.0941.5752.3483.4955.1517.52811.3252、電流I＝100時，關(guān)系測定。103.2106.0107.0109.9111.5115.3119.3122.9123.5126.3129.3131.98.014.917.725.029.038.749.058.760.
8、067.074.981.2281.2288.1290.9298.2302.2311.9322.2331.9333.2340.2348.1354.20.
