半导体pn结的物理特性及弱电流测量实验

半导体PN 结的物理特性及弱电流测量实验

【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 结电压与温度的关系,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:

[]1)/ex p(0-=kT eU I I (1)

式中I 是通过PN 结的正向电流,0I 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,e kT /≈0.026v ,而PN 结正向压降约为十分之几伏,则)/exp(kT eU >>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:

)/ex p(0kT eU I I = (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

kT e /。在测得温度T 后,就可以得到k e /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)2/exp(kT eU ;3)表面电流,它是由硅和二氧化硅界面中杂质引起的,其值正比于)/exp(mkT eU ,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

相关推荐
相关主题
热门推荐