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 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：
I?I0[exp(eU/kT)?1] (1)
当exp?eU/kT???1时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：
I?I0exp(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，把电子电量e作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k。
实验线路如图1所示。
1MeTIP31b723+15V6TIP31bce1.5V100ΩV1c-+LF35648765-15VV2LF3561234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
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Zr为电流-电压变换器等效输入阻抗。
Rf-+IsKoU0IsZrUi图2 电流－电压变换器
运算放大器的输入电压U0为：
U0??K0Ui (3)
式(3)中Ui为输入电压，K0为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻Rf??时的电压增益（Rf称反馈电阻）。因而有：
Is?Ui?U0Ui(1?K0)? (4) RfRf由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗Zx为
Zx?UiRfRf (5) ??Is1?K0K0由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流Is与输出电压U0之间的关系式，即：
Is?UiU0?? (6) ZrRf只要测得输出电压U0和已知Rf值，即可求得Is值。 3、PN结的结电压Ube与热力学温度T关系测量。
当PN结通过恒定小电流（通常I?100?A），由半导体理论可得Ube与T的近似关系：
Ube?ST?Ugo (7)
式中S??2.3mV/C为PN结温度传感器灵敏度。由Ugo可求出温度0K时半导体材料的近似禁带宽度Ego?qUgo。硅材料的Ego约为1.20eV。 【实验内容】
（一）Ic?Ube关系测定，并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数（Ube?U1）
1、在室温情况下，测量三极管发射极与基极之间电压U1和相应电压U2。U1的值约从0.30V至0.50V范围，每隔0.01V测一相应电压U2的数据，至U2达到饱和(U2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的温度?，取温度平均值?。
?o2、改变干井恒温器温度，待PN结与油温一致时，重复测量U1和U2的关系数据，并与室温测得的结果进行比较。
3、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法将实验数据代入指数函数U2?aexp?bU1?。求出相应的a和b值。
4、玻尔兹曼常数k。利用b?e/kT，把电子电量e作为已知值代入，求出k并与玻尔兹曼常数公认
R1V1RTR2R43VV2RV2图3 图4
实验报告---半导体PN结的物理特性及弱电流测量(精)
