实验半导体PN结的温度特性及弱电流测量.docVIP

实验二 半导体PN结的温度特性及弱电流测量 实验目的 在室温时，测量PN结电流与电压的关系。 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 学校运算放大器组成电流—电压变话器测量弱电流。 实验仪器 FD-PN-4型PN结物理特性综合实验仪,TIP31c型三极管（带三根引线）一只，长连接导线11根（6黑5红），手枪式连接导线10根，3DG6（基极与集电极已短接，有二根引线）一只，铂电阻一只。 （2—1） 式（1）中式通过PN结的正向电流，是不随电压变化的常数，T是热力学温度，e是电子的电荷量，U是PN结的正向压降。由于在常温（300K），0.026V，而PN结正向压降约为十分之几伏，则》 1，（1）式括号内-1完全可以忽略，于是有： （2—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I-U关系值，则利用（1）式可以求出e/KT。在测量温度T后，就可以得到e/K常数，把电子电量作为已知值代人，即可求玻尔兹曼常数K。 在实际测量中。二极管的正向I—U关系虽然能较好的满足指数关系，但求得常数K往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其他电流。一般包括三个部分：(1)扩散电流，它严格遵循式（2）式；（2）耗尽层复合电流，它正比于；（3）表面电流它是Si和界面中的杂质引起的，其值正比于，一般m2。因此，为了验证（2）式求出准确的e/K常数，不宜采用硅二极管，二采用二采用硅三极管接成共基级线路，因此此时集电极于基极短接，集电极中仅是扩散电流。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，这样表面电流完全可以忽略，所以此时发射极电流与结电压满足（2）式。实验线路如图1所示。 实验内容1、实验线路如图1所示图中U1为三位半数字电压表，U2为四位半数字电压表，TIP31型为带散热板的功率三极管，调节电压的分压器为多圈电位器。为保持PN结与周围环境温度一致，把功率三极管连同散热器浸没在变压器油管中，油管下端插在保温杯中，保温杯内盛有室温水，变压器油温度用O-50℃(0.1℃)的水银温度计测量。干井恒温器温度2、在室温情况下，测量三极管发射极与基极之间电压U1和相应电压U2。在常温下U1的值约从0.3V至0.42V范围每隔0.01V测一点数据，约测10多数据点，至U2值达到饱和时(U2值变化较小或基本不变),结束测量。在记数据开始和记数据结束都要同时记录变压器油的温度，取温度平均值。 3、改变，，每降或重复测量和的关系数据，并与室温做比较。（也可在保温杯内放冰屑做实验） 4、和的数据，技计算ln。以为横坐标，ln为纵坐标，将数据点在坐标纸上标出，将各点数据连接起来，若成一条直线，则说明满足（2）式关系。 由于 则 ln=b+lna 故斜率 5.将电量e和测量温度T代人b式。其中T=273.15+，求出玻尔兹曼常数k 实验步骤 通过长软导线，将显示部分与操作部分之间的接线端一一对应连接起来。 通过短对接线，将线路板上的输入与输出端按照所示实验原理图连接起来 打开电源，通过调节输入电位器将输入电压从显示输入电压为0.02V开始逐渐增加到13V左右的饱和电压，将测量结果记在实验记录本上，以便进行数据处理。 【数据记录及处理】 U1 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 U2 U1 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 U2 U1 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 U2 画出---ln关系曲线求出斜率b根据求出k