PN结正向压降与温度关系的研究和应用

PN结正向压降与温度关系的研究和应用

一、 实验简介：

众所周知，常用于温度的传感器有热电偶，测度电阻器和热敏电阻，红外测温仪等。其中，PN结温度传感器具有灵敏度高，线性好，响应快易于集成化等，其他传感器无法比拟的优点，工作温度范围一般在－50℃～150℃灵敏度可达100MV/℃。而本实验PN结只有2.2MV/℃左右。 二、 实验目的：

1.了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。

2在恒流条件下，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。

3.学习用PN结测温度的方法。 三、 实验原理：

人们将高价元素（例如：P）掺杂到硅材料中，由于磷元素多电子，使材料主要以电子导电称P型半导体，将三价的硼元素掺杂到硅材料中使材料中出现大量空穴称N型半导体材料。将P型材料同N型材料粘合在一起由于电子和空穴的扩散复合形成PN结。 PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式：

VFkVg0lnqcIFKT TlnTq 其中：Vg（0）――绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。

q――电子的电荷。 K――玻尔兹曼常数。 T――绝对温度。

If――PN结中正向电流。

――常数。

VF中非线性项较小，（低温下）可忽略工其影响，而认为在恒流供电条件下PN结的VF对T的依赖关系取决线性项，即正向压降几乎随温度 升高而线性下降，这就是PN结测温依据。 四、

实验装置：

实验系统由样品架和测试仪两部分组成。

五、

1.

实验方法和内容：

实验系统检查与连接。

A、 取下样品室的筒套，查待测PN结管和测温元件应分别放在铜座的左右两侧圆孔内，

其管脚不与容器接触，然后拧紧筒套。

B、 控温电流开关应放在“关”的位置，此时加热指示灯不亮，接上加热电源线和信号传

输线。

2. VF（TR）的测量和调零

开启测试仪电源预热数分钟后，将“测量选择”拔到IF由“IF调节”使IF＝50微安。将“测量选择”拔到VF记下VF值，再将“测量选择”拔置△V由“△V调零”使△V＝0 3. 测定△V－T曲线：

开启加热电源，按△V每改变10毫伏读取一组△V，T。这样可以减小误差。 4. 求被测PN结正向压降随温度变化的曲线的灵敏度S mv/℃(作出△V－T曲线，其斜率就

是S 5. 估算被测PN结材料硅的禁带宽度ES（0）＝QVg(0)电子伏 ⊿T＝－273.2K结果与ES＝1.21电子伏作比较，求误差。 6. 数据记录：

实验起始温度TS＝ ℃ 工作电流IF＝ ∪A

起始温度为TS时的正向压降VF＝ MV ⊿V＝VF（T）－VFT=273.2+T 控温电流 （TR） T℃ K A mv -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 六、

注意事项与预习：

A：注意事项：1.控温电流不应开始放的过大，应慢慢的加大电流，且不应将电流值加过0.5A。

2. “IF调节”与“⊿V调零”确定后，在整个实验过程中不要再次调节。 B：预习思考题：

1. PN结正向压降与温度的关系？ 2. 测量时IF＝ ？⊿V＝？ 3. 测量时记录的温度为K氏温度还是摄氏温度？ 4. 实验加温时应注意些什么？ 七、 实验报告的要求：

1. 2. 3. 4. 5. 6.

实验题目 实验仪器 实验原理

实验装置图与原理分析 实验方法与内容

实验的数据分析（作图、求灵敏度、禁带宽度）

八、 附：

98021200实验数据分析 TS＝31.9℃ IF＝50微安 VF＝ 606MV ⊿V＝VF（T）－VF（TR） mv -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 T℃ 35.8 40.3 44.1 48.7 53.3 57.9 62.6 67.1 T=273.2+T K 309 313.5 317.3 321.9 326.5 331.1 335.8 340.3 控温电流 A 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0-10-20-30-40-50-60-70-80-90309314317322327331336340T(K)