PN結正向电压温度特性研究.doc

PN结正向电压温度特性研究 By 金秀儒 物理三班 P 实验题目：PN结正向电压温度特性研究 学号：p 姓名：金秀儒 5 实验目的： 了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。在恒流供电条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度。学习用PN结测温的方法。 实验仪器： 样品架、测试仪、加热器 实验原理： 理想PN结的正向电流IF和压降VF存在如下近似关系其中q为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Is为反向饱和电流，它是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；Vg(0)为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。 这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN结温度传感器的基本方程。令IF=常数，则正向压降只随温度而变化，除线性项V1外还包含非线性项Vn1项所引起的线性误差。 按理想的线性温度影响，VF应取如下形式： 等于T1温度时的值。 实际响应对线性的理论偏差为 设T1=300°k，T=310°k，取r=3.4*，可得?=0.048mV，而相应的VF的改变量约20mV，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，VF温度响应的非线性误差将有所递增，这主要由于r因子所致。 综上所述，在恒流供电条件下，PN结的VF对T的依赖关系取决于线性项V1，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。必须指出，上述结论仅适用于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间(对于通常的硅二极管来说，温度范围约-50℃—150℃)。如果温度低于或高于上述范围时，由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加；VF—T关系将产生新的非线性，这一现象说明VF—T的特性还随PN结的材料而异，对于宽带材料（如GaAs）的PN结，其高温端的线性区则宽；而材料杂质电离能小（如Insb）的PN结，则低温端的线性范围宽，对于给定的PN结，即使在杂质导电和非本征激发温度范围内，其线性度亦随温度的高低而有所不同，这是非线性项Vn1引起的，由Vn1对T的二阶导数的变化与T成反比，所以VF-T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。此外，减小IF，可以改善线性度，但并不能从根本上解决问题，目前行之有效的方法大致有两种： 1、对管的两个be结（将三极管的基极与集电极短路与发射极组成一个PN结），分别在不同电流IF1，IF2下工作，由此获得两者电压之差（VF1- VF2）与温度成线性函数关系，即 由于晶体管的参数有一定的离散性，实际与理论仍存在差距，但与单个PN结相比其线性度与精度均有所提高，这种电路结构与恒流、放大等电路集成一体，便构成集成电路温度传感器。 数据处理及结论： 实验起始温度；工作电流； 起始温度TS为时的正向压降 ΔV /mV T（升温） T（降温） 升温电流 /A °C K °C K -10 24.0 297.2 23.7 296.9 0.1 -20 28.4 301.6 28.0 301.2 0.2 -30 32.8 306.0 32.5 305.7 0.2 -40 37.1 310.3 37.1 310.3 0.3 -50 41.5 314.7 41.7 314.9 0.3 -60 46.0 319.2 46.0 319.2 0.3 -70 50.4 323.6 50.7 323.9 0.3 -80 54.9 328.1 55.2 328.4 0.3 -90 59.1 332.3 59.6 332.8 0.3 -100 63.6 336.8 63.9 337.1 0.4 -110 68.1 341.3 68.6 341.8 0.4 -120 72.6 345.8 73.1 346.3 0.5 -130 77.1 350.3 77.4 350.6 0.5 -140 81.6 354.8 82.3 355.5 0.5 -150 85.9 359.1 86.8 360.0 0.5 -160 90.3 363.5 91.3 364.5 0.5 -170 94.7 367.9 95.3 368.5 0.5 -180 99.1 372.3 99.4 372.6 0.5 T -ΔV关系曲线1(升温) T -ΔV关系曲线1(升温) Linear Regression for Data1_B: Y = A +