pn結(jié)正向電壓溫度特性研究

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1、By%蓊曾幅111津Pb05206218學(xué)號：pb05206218姓名：金秀儒實驗題目：PN結(jié)正向電壓溫度特性研究5實驗?zāi)康模毫私釶N結(jié)正向壓降隨溫度變化的基本關(guān)系式。在怛流供電條件下，測繪PN結(jié)正向壓降隨溫度變化曲線，并由此確定其靈敬度和被測PN結(jié)材料的禁帶寬度。學(xué)習(xí)用PN結(jié)測溫的方法。實驗儀器：樣品架、測試儀、加熱器其中q為電子電荷;實驗原理:理想PN結(jié)的正向屯流1卜?和壓降丹存在如下近似關(guān)系1,=/sexp（k為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對溫度；Is為反向飽和電流，它是-個和PN結(jié)材料的禁帯寬度以及溫度等有關(guān)的系數(shù)，可以證明/s=C

2、廠exp[-坐型]其中C是號結(jié)血積、摻質(zhì)濃度等有關(guān)的kT常數(shù)：1?也是常數(shù)；V』O）為絕對零度時PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)碾妱莶睢TT——IyiT=Vx+VnXq（kr作=00）_-In—曲If宀（。）七化—叫廠）q這就是PN結(jié)正向壓降作為電流和溫度函數(shù)的表達式，它是PN結(jié)溫度傳感器的基本方程。令1卜=常數(shù)，貝怵向丿k降只隨溫度而變化，除線性項V】外還包含非線性項％項所引起的線性誤差。(T、4按理想的線性溫度影響，Vf應(yīng)取如卜?形式:7V瞎想二G+話（JG7V7V話等竹溫度時的話值。00)—NkrKi想=+實際響應(yīng)對線性的

3、理論偏并為△=7理想-VF設(shè)Ti=300°k,T=310°k,取r=3.4*,可得A=0.048mV,而相應(yīng)的Vf的改變量約20mV,相比之卜誤差甚小。不過當(dāng)溫度變化范圍增人時，Vf溫度響應(yīng)的非線性誤差將有所遞增，這主耍由于「因子所致。綜上所述,在恒流供電條件下,PN結(jié)的Vf對T的依賴關(guān)系取決于線性項V],即正向壓降幾卩隨溫度升高而線性下降，這就是PN結(jié)測溫的依據(jù)。必須指出，上述結(jié)論僅適用于朵質(zhì)全部電離、本征激發(fā)可以忽略的溫度區(qū)間（對于通常的硅二極管來說，溫度范

4、刑約?50°C—150°C）。如果溫度低丁或高丁?上述范圍時，由丁?雜

5、質(zhì)電離因子減小或木征載流子迅速增加；Vf—T關(guān)系將產(chǎn)生新的非線性，這現(xiàn)象說叨Vf—T的特性還隨PN結(jié)的材料而界，對于寬帶材料（如GaAs）的PN結(jié)，其高溫端的線性區(qū)則寬；而材料雜質(zhì)電離能?。ㄈ鏘nsb）的PN結(jié)，則低溫端的線性范國寬，對丁?給定的PN結(jié)，即使在雜質(zhì)導(dǎo)電和非本征激發(fā)溫度范圍內(nèi)，其線性度亦隨溫度的d2v1dV禹低而有所不同，這是非線性項引起的，rtlVnl對T的二階導(dǎo)數(shù)一二一可知亠的dT2TdT變化與T成反比，所以Vf?T的線性度在高溫端優(yōu)于低溫端，這是PN結(jié)溫度傳感器的普遍規(guī)律。此外，減小If，可以改善線性度，但并不能

6、從根木上解決問題，H前行Z冇效的方法大致冇兩種：1、對管的兩個be結(jié)（將「極管的基極與集電極短路與發(fā)射極組成一個PN結(jié)），分別在不同電流Ih，If2下工作，由此獲得兩者電壓Z差（Vf】?Vf2）與溫度成線,性函數(shù)關(guān)系，即VF,-VF1=—In^-qiF2rtr丁晶體管的參數(shù)有一定的離散性，實際與理論仍存在差距，但與單個pn結(jié)相比其線性度與精度均有所提高，這種電路結(jié)構(gòu)與恒流、放人等電路集成一體，便構(gòu)成集成電路溫度傳感器。數(shù)據(jù)處理及結(jié)論:實驗起始溫度Ts=20.0°C；工作電流IF=50pA；起始溫度Ts為時的正向壓降作（心）=605加

7、7AVT（升溫）T（降溫）升溫電流/mV°CK°CK/A-1024.0297.223.7296.90.1-202&4301.628.0301.20.2-3032.8306.032.5305.70.2-4037.1310.337.1310.30.3-5041.5314.741.7314.90.3-6046.0319.246.0319.20.3-7050.4323.650.7323.90.3-8054.9328.155.2328.40.3-9059.1332.359.6332.80.3-10063.6336.863.9337.10.4-

8、11068.1341.36&6341.80.4-12072.6345.873.1346.30.5-13077.1350.377.4350.60.5-14081.6354.882.3355.50.5-15085.9359.186.8360.00.5-16090.3363.591.3364.50.5-17094.7367.995.3368.50.5-18099.1372.399.4372.60.5TMV關(guān)系曲線1（升溫）-40--60--80-ALinearFitofDatalALinearRegressionforDatal_B:Y=

9、A+B*XParameterValueError-100--120-A597392750.75769B-2.014180.00221?140?-160--180-1290300310320330340350360370380T/KRN