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1、PN结正向电压温度特性研究,一、实验目的,1.了解PN结正向压降随温度变化的规律 2. 测量恒流条件下，PN结正向压降随温度变化的曲线 3. 确定PN结的灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度,二、实验仪器,温控仪,恒温电炉,PN结实验仪,价带（Valence band）：与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带(conduct band)：价带以上能量最低的允许带称为导带。 禁带(band gap)：导带与价带之间的不存在薛定谔方程本征解得能量区间称为禁带。,三、相关概念,PN结：导电载流子为空穴的P型半导体在与多数载流子是电子的N型半导体“接触”后，由于电子和空穴密度差的存在，将使电子自N区向P
2、区扩散，空穴自P区向N区扩散，结果在交界处形成电荷区，这就是PN结。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,势垒区,N,P,内电场,三、实验原理,PN结温度传感器的基本方程 其中,线性项,非线性项,三、实验原理,PN结温度传感器的基本方程 对给定的PN结材料，如果正向电流恒定不变，在允许的温度变化区间内，PN结的正向电压与温度成线性关系，即正向电压随温度的升高而线性下降，即, 因此，只要测出正向电压的大小，就可得知这时候的温度，这就是PN结测温的依据。,三、实验原理,PN结温度传感器灵敏度,为PN结温度传感器灵敏
3、度,VF = VF(0) - St,三、实验原理,PN结材料禁带宽度 PN结材料的禁带宽度Eg(0)定义为电子的电量q与热力学温度0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差Vg(0)的乘积。 当t = 0时，T=273.2，VF=VF(0)，有 所以,四、实验步骤,1、在同一恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度的变化曲线，确定其灵敏度，估算被测PN结材料的禁带宽度； 选择合适的正向电流IF=60A，记下室温t及正向电压VF。 (*降温测量组：正向电流60A,记下初始温度t及正向电压VF ),四、实验步骤,2、 将温度传感器实验装置上的“加热电流”开关置“开”位置，根据目标温度，选择合适的
4、加热电流，在实验时间允许的情况下，加热电流可以取得小一点，如0.30.6A之间。 3、加热炉内温度开始升高，开始记录对应的VF和T于表2。,五、数据记录,表1同一IF下，正向电压与温度的关系 IF= 60 A（每隔5度记录一个数据） 注意：在整个实验过程中，正向电流IF应并保持不变。设定的温度不宜过高，必须控制在120以内。,五、数据记录,记录降温过程的同学，IF =60 A,关闭加热电流，打开散热风扇,六、数据处理,1.根据表1绘制VF-T曲线.（可采用excel软件绘图） 2.由VF-T曲线求得PN结正向压降随温度变化的灵敏度 3.将实验所得禁带宽度Eg(0)=qVg(0) = eV，与公认值Eg(0)=1.21 eV比较，并求其相对误差。,相关物理量,VF-PN结正向电压 IF-PN结正向电流 Vg(0)-在热力学温度为0K时，PN结材料的导带底和价带顶之间的电势差。 C-PN结与某些特性相关的常数 K-玻尔兹曼常数 -在一定条件下的特定常数 Q-电子电量,