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实验预习部分
一、实验目的：
1、在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。
2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。
3、学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。
4、测量PN结电压与温度关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度。
5、计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。
二、实验仪器设备：
PN结物理特性综合实验仪(FD-PN-4型)，TIP31型三极管，长连接线(5黑、6红)，
手枪式连接导线10根，3DG6(基极和集电极短路)，铂电阻一只。
三、实验原理：
1、PN结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN结的正向电流-
电压关系满足：
II[expU-1]
=(/kT)(1)
e
0
II
式(1)中是通过PN结的正向电流，是反向饱和电流，在温度恒定是为常
0
TU
数，是热力学温度，是电子的电荷量，为PN结正向压降。由于在常温(300K)
e
vexpU
时，/≈0.026，而PN结正向压降约为十分之几伏，则(/)1,(1)
kTeekT
式括号内-1项完全可以忽略，于是有：
IIexpU
=(/kT)(2)
e
0
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，
T
则利用(1)式可以求出/kT。在测得温度后，就可以得到/常数，把电子电
eek
量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k。
在实际测量中，二极管的正向I-U关系虽然能较好满足指数关系，但求得的
常数往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一
k
般它包括三个部分：[1]扩散电流，它严格遵循(2)式；[2]耗尽层符合电流，它
expUSiSiO
正比于(/2kT)；[3]表面电流，它是由和界面中杂质引起的，其
e
2
expUm
值正比于(/mkT),一般2。因此，为了验证(2)式及求出准确的/常数，
eek
不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短
接，集电极电流中仅仅是扩散电流。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
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