实验报告半导体PN结的物理特性及弱电流测量.doc

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: 2009-9-15下午 实验教室: 5102—1 指导教师：

【实验名称】 PN结物理特性综合实验
【实验目的】
1。 在室温时,测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律
2。 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数
3。 学****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
【实验仪器】
半导体PN结的物理特性实验仪 资产编号:××××，型号:×××（必须填写)
【实验原理】
1．PN结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量
PN结的正向电流-电压关系满足：
(1）
当时，（1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:
(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结关系值，则利用（1)，就可以得到，把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数。实验线路如图1所示。
图1　PN结扩散电源与结电压关系测量线路图
2、弱电流测量
图2　电流－电压变换器
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（弱电流放大器)，如图2所示。其中虚线框内电阻为电流-电压变换器等效输入阻抗。
运算放大器的输入电压为:
（3)
式（3）中为输入电压,为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻时的电压增益（称反馈电阻)。因而有：
(4)
由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗为
(5）
由（3）式和(4）式可得电流—电压变换器输入电流与输出电压之间的关系式，即：
（6)
只要测得输出电压和已知值，即可求得值。
3、PN结的结电压与热力学温度关系测量.
当PN结通过恒定小电流(通常)，由半导体理论可得与的近似关系：
(7)
式中为PN结温度传感器灵敏度。由可求出温度0时半导体材料的近似禁带宽度。。
【实验内容】
（一)关系测定,并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数()
1、在室温情况下，，每隔测一相应电压的数据，至达到饱和（变化较小或基本不变)。在记录数据开始和结束时都要记录下变压器油