成都信息工程学院

物理实验报告

姓名：    石朝阳        专业：                 班级：                学号：               

实验日期：   20##-9-15下午       实验教室：     5102-1        指导教师：                  

                                                                                            

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成都信息工程学院

物理实验报告

姓名：    石朝阳        专业：                 班级：                学号：               

实验日期：   20##-9-15下午       实验教室：     5102-1        指导教师：                  

                                                                                            

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半导体PN结的物理特性数据处理

数据记录：

室温：28.0℃       θ₁=28.0℃       θ₂=28.0℃

表1

℃

数据处理：

1． 按U₂=BU₁+A处理

表2

第2、和第1列数据的相关系数γ=0.844996；斜率B=54.03297；截距A=–18.3031。拟合方程为：

U₂=54.03297U₁-18.3031     (1)

根据（1）式计算出表2中的第3列U₂的期望值U₂₀；再根据（U₂-U₂₀）²算出表2中第4列数据，第4列数据的总和为：

Σ（U₂-U₂₀）²=26.60278   (2)

根据表2第1、2列数据作图如图1所示。从U₁和U₂的相关系数和图中数据点的分布和线性趋势线的走向均可看出，U₁和U₂并不相关，因此采用线性相拟合并不好。

2． 按U₂=BU₁²+A进行拟合

表3

表3第2、和第3列数据的相关系数γ=0.8675393；斜率B=73.881948；截距A=–8.550421。拟合方程为：

U₂=73.881948U₁²-8.550421   (3)

根据（3）式计算出表3中的第4列U₂的期望值U₂₀；再根据（U₂-U₂₀）²算出表3中第5列数据，第5列数据的总和为：

Σ（U₂-U₂₀）²=23.011569   (4)

根据表3第3、2列数据作图如图1所示。从U₁²和U₂的相关系数和图中数据点的分布和线性趋势线的走向均可看出，U₁²和U₂并不相关，因此采用幂函数拟合并不好。

3.按U₂=AU₁^B进行拟合

对表4的第1、2列数据取对数构成表4中的第3、4列。

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半导体PN结的物理特性

简介：半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一，它在实践中有着广泛的应用，如各种晶体管、太阳能电池、半导体制冷、半导体激光器、发光二极管都是由半导体PN结组成。本实验主要研究的两个问题是：

（1）  测量PN结扩散电流与电压的关系；

（2）  研究PN结电压与热力学温度的关系。

一、    实验目的

（1）  了解用运算放大器测量弱电流的原理和方法；

（2）  测量PN结结电压与电流关系，证明此关系符合指数分布规律，用作图法求玻尔兹曼常数；

（3）  测量PN结结电压与温度的关系，求出PN结温度传感器的灵敏度；

（4）  计算在绝对零度时，半导体材料的禁带宽度。

二、    实验仪器：FD-PN-4 PN结物理特性实验仪

三、    实验原理

1．PN结伏安特性及玻尔兹曼常数的测量

半导体在常温下PN结电压与电流有如下指数关系：

                        （1）

公式（1）中为反向饱和电流，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电量，U为电压。本实验用常规方法测量时，当PN结电压较小时，PN结没导通，通过的电流很弱，普通电流表很难准确测量，无法验证真实的电压电流关系和测量玻尔兹曼常数，而采用集成运放对弱电流放大可解决这些问题。

2．弱电流测量

实验装置如图1所示，所用PN结由三极管提供，LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流－电压变换器，它可对弱电流放大并转换成电压形式。其工作原理如图2所示，为被测弱电流，为电路的等效输入阻抗，

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半导体PN结物理特性实验智能化数据处理系数的制作

实验13  半导体PN结的物理特性

【实验目的】

       （1）测量半导体PN结电流与电压关系。

    （2）测定PN结温度传感器的灵敏度和玻尔兹曼常数。

【实验原理】

       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：

                                                                                                            （13.1）

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半导体PN结的物理特性及弱电流测量

摘要：PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。PN结温度传感器优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻、便于集成化、智能化，能使检测转换一体化。PN结传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。

    关键词：PN结；电信号；检测与控制。

Abstract: PN junction is the core components of bipolar transistor and field effect transistor and the basis of Modern electronic technology.PN junction with unidirectional conductivity is the characteristics of many devices in the electronic technology.For example, the material base of a semiconductor diode and a bipolar transistor.According to the materials, doping distribution, PN junction geometry and bias conditions, using the basic properties can produce the crystal diode with a variety of functions.PN junction temperature sensor has the advantages of high sensitivity, fast response speed, small volume, light weight, easy integration, intelligent detection, can make the conversion of integration.The main application field of PN junction sensor is industrial automation, remote sensing, industrial robots, household appliances, environmental monitoring, medical care, medical and biological engineering.

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电学五、半导体PN结的物理特性及弱电流测量

半导体PN结电流-电压关系特性是半导体器件的基础，也是半导体物理学和电子学教学的重要重要基础内容之一。本实验采用一个简单的电路测量通过PN结的扩散电流与PN结电压之间的关系，并通过数据处理，证明PN结的电流与电压遵循指数关系；在测得PN结器件温度的情况下，还可以从实验得到波尔兹曼常数。

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。

二、实验仪器

1、PN结物理特性测定仪，见图1。

2、TIP31型三极管（带三根引线）1个，3DG三极管1个。 3、ZX21型电阻箱1只。

图1 PN结物理特性测定仪面版示意图

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：

I=I0[e eU /kT-1] (1)

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式(1)中I是通过PN结的正向电流，I0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T是热力学温度，e是电子的电荷量，U为PN结正向压降。由于在常温(300K)时，kT/e≈0.026v ，而PN结正向压降约为十分之几伏，则e

eU/kT>>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：

I=I0e eU/kT (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。在测得温度T后，就可以得到e/k常数，把电子电量作为已知值代入，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，还有其它电流。一般它包括三个部分：[1]扩散电流，它严格遵循(2)式；[2]耗尽层符合电流，它正比于e eU/2kT；[3]表面电流，它是由Si和SiO2界面中杂质引起的，其值正比于eeU/mkT,一般m>2。因此，为了验证(2)式及求出准确的e/k常数，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型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全可以忽略，所以此时集电极电流与结电压将满

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