大学物理实验PN结正向压降温度特性的研究实验报告
大学物理实验报告实验55PN结正向电压温度特性的测定
大学物理实验教案
实验名称：PN 结正向电压温度特性的测定
1 实验目的
１）了解PN 结正向电压随温度变化的基本规律。
２）掌握用计算机测绘恒流条件下PN 结正向电压随温度变化的关系曲线。
３）确定PN 结的测温灵敏度。
2 实验仪器
科学工作室接口、放大器、恒流源、计算机
3 实验原理
3.1实验原理
PN 结是半导体器件的核心。在P （或N ）型半导体中，用杂质补偿的方法将其中一部分材料转变成N （或P ）型，这样，在两种材料交界处就形成了PN 结，它保持了两种材料之间晶格的连续性。P 区多子空穴比N 区少子空穴浓度大，空穴由P 区向N 区扩散，并与N 区的多子自由电子复合，在N 区产生正离子的电荷区；N 区多子自由电子比P 区少子自由电子浓度大，自由电子由N 区向P 区扩散，并与P 区的多子空穴复合，在P 区产生负离子的电荷区。P 区和N 区的电荷区之间形成电场，在此电场作用下产生与扩散运动相反的情况，它阻止扩散运动的进一步加强。最终形成两种运动的动态平衡。我们把这个空间电荷区叫PN 结，有时也叫作耗尽层。根据半导体理论，通过PN 结的正向电流
e I I
kT qV s f =
（1） 式中：I f ——正向电流（mA ）；V f ——正向压降（V ）；I s ——反向饱和电流（mA ）；q
电子电量（e ）；k ——波尔兹曼常数；T ——热力学温度（K ）。
而：e T I kT V go
q B A s -=
（2）
式（2）中：V go ——能带间隙电压（V ）；A 、B ——由PN 结工艺结构所决定的常数。
pn结正向特性的研究实验报告
pn结正向特性的研究实验报告
一、实验目的
1、了解PN结正向电压随温度变化的基本规律。
2、测量PN结正向伏安特性曲线。
3、测量恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线确定PN结的测温灵敏度和被满PN结材料的禁带宽度。
二、实验仪器
NKJ-B型组合式热学实验仪
三、实验原理
1、PN结温度传感器的基本方程。
2、确定PN结材料的禁带宽度。
四、实验内容与步骤
1、测量PN结正向伏安特性曲线。
2、测量恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线。
3、确定PN结的测温灵敏度和被测。
大学物理实验：PN结
三 、实 验 装 置 实
PN结样品架 1、PN结样品架
A为样品室，是一个可 为样品室， 卸的筒状金属容器， 卸的筒状金属容器， 筒盖内设橡皮圈盖与 筒套具相应的螺纹， 筒套具相应的螺纹， 可使两者旋紧保持密 封。 待测PN PN结样管采用 待测PN结样管采用 3DG6晶体管 3DG6晶体管
P1
P2
∆ V
4、估算被测PN结材料（硅）的禁带宽度 估算被测PN结材料（ PN结材料 根据前述理论，略去非线性项，可得被测PN结材料 根据前述理论，略去非线性项，可得被测PN结材料 PN 的禁带宽度Eg(0)由以下两公式决定： Eg(0)由以下两公式决定 （硅）的禁带宽度Eg(0)由以下两公式决定：
VF (0) Vg (0) =VF (0) + ×∆T =VF (0) + S ×∆T T Eg (0) = q×Vg (0)
H A D
T B
待测PN PN结 A-样品室 B-样品座 D-待测PN结 P1T-测温元件 H-加热器 P1-D、T引角 线 P2P2-加热电源插座
PN结样品架外பைடு நூலகம் PN结样品架外形
加热线
信号线
2、测试仪结构
恒流源：
一组提供I 电流输出范围为0 一组提供IF，电流输出范围为01000µ 连续可调； 1000µA连续可调； 一组用于加热，其控温电流为0.1 一组用于加热，其控温电流为0.1 1A，分为十档， 一1A，分为十档，逐档递增或递 0.1A。 减0.1A。
PN结正向压降与温度关系的研究和应用实验报告
PN结正向压降与温度关系的研究和应用
一、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的曲线,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结测温的方法。
二、实验原理
图1 p-n结基本结构
价带顶部激发电子到导带相
当于共价键上缺少一个电子
而出现一个空位置，而在晶格
间隙出现一个导电电子。空状
态带有正电荷，叫“空穴”。
空穴能导电，具有有效质量。 *
*n p m m -=
3.PN结的形成
当p型半导体和n型半导体接触在一起时,在两者的交界面处存在着一个过渡区,通常称为p-n结.
三、实验仪器
•TH-J型PN结正向压降与温度关系测量仪•五芯电缆一根
四、实验步骤
1、实验系统的连接
控制电流开关置“关”的位置，此时加热指示灯不亮，接上加热电源
线及信号传输线将样品室与仪器相连。注意定位标记。拆除时应拉插
头外套不可硬拉和转动。
2、
V ~T 的测量和调零 开启仪器背部的电源开关，加热数分钟后，将“测量选择”开关（以
下简称K ）拔到 档，由“ 调节”使 =50µA ，记下当时温度值。
将K 拔到△V 档，由 “△V 调零”使△V=0。
3、 测曲线
开启加热电源（指示灯亮）加热电流范围0.2～0.3A ，并记录△V 和
T 值，按每改变10mV 立即读取相应T 值。为使整个实验符合热力学
条件，在实验过程中升温速度要慢。
4、求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （ ）
F
/mv C
作 曲线，求斜率S 。
五、实验数据记录
V
(mv)
-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65
PN结特性试验报告
PN结正向电压温度特性研究
五、实验内容与步骤
1．测量PN 结正向伏安特性曲线。
由式（4）可以看出，在温度不变的条件下，PN 结的正向电流IF与电压VF呈指数曲线关系，本实验要求绘出室温和t=40℃两条PN 结伏安曲线。用坐标纸绘出相应曲线。
2．测量恒流条件下PN 结正向电压随温度变化的关系曲线。
本实验要求测出IF=50μA 条件下PN 结正向电压随温度变化曲线。实验中每隔5℃测一个数据，直至加热到85℃。要先记下室温时PN 结的电压V F值。用坐标纸绘出相应曲线。
3．确定PN 结的测温灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。
（1）以t 作横出坐标，V F作纵坐标，作t-VF曲线。正确地采用两点式求斜律的方法，计算PN结温度传感器的灵敏度S
六、实验数据与处理
1、PN 结正向伏安特性曲线
表一：注I=50μA时，U=483mV
电压/V0.250.2750.30.3250.350.3750.40.4250.45室温电流/μA0.50.9 1.63 5.49.315.223.133.3 40度电流/μA 1.6 2.8 4.98.213.320.830.241.153.9绘制成曲线如下
系列2为40度时的伏安特性曲线，系列一为室温（25.1度）时的伏安特性曲线
由计算机进行拟合可知，I-U满足指数关系的可信度很高。
2、恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线。
表二注：I=50μA 室温25.1℃时U=483mV
温度/℃40455055606570758085电压/mV443415406391373356344334319308计算机绘图如下：
大学物理实验PN结正向压降温度特性的研究实验报告
∆ = | Eg (TS ) − E(TS ) | = |1.209 −1.21| = 0.0008 = 0.08%
E(TS )
E(TS )
1.21
在升温过程中 S=-2.19805mV/℃,那么根据公式计算得 Vgv = VF (TS ) + VF (0) ∆T = VF (273.2 + TS ) + S ⋅ ∆T = [598 /1000 + (−2.19805) × (−273.2) /1000]V = 1.199V
都在控制在 1%以内； 3、实验中降温过程所耗时间比较长，可以用人工辅助的方法让其降温速度加快（为精确起见，需要读数
的温度点附近应该让其自然降温）；
思考题： 1、测 VF（0）或 VF（TR）的目的何在？为什么实验要求测∆V—T 曲线而不是 VF—T曲线。
Sol：测量 VF（0）或 VF（TR）是为了能根据公式计算出在相应温度下的禁带宽度。实验中测量∆V—T 曲 线相对方便读数（整十），而 VF—T往往不是有很明显的读数点，容易造成失误。
R SD N P ------------------------------------------------------------0.9999 0.75482 17 <0.0001
【大学物理实验(含 数据+思考题)】PN结正向电压温度特性研究实验报告
PN 结正向电压温度特性研究
一、实验目的
（1）了解PN 结正向电压随温度变化的基本规律。
（2）在恒流供电条件下，测绘PN 结正向电压随温度变化的关系图线，并由
此确定PN 结的测温灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。
二、实验仪器
PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ5温度传感器实验装置。
三、实验原理
1、测量PN 结温度传感器的灵敏度 由半导体理论可知，PN 结的正向电流I F 与正向电压V F 满足以下关系：
I F =
I n (ⅇqV F
kT
−1)
（1）
式（1）中I n 是反向饱和电流，T 是热力学温度，q 是电子的电量。由于在常温
（例如300K ）时，kT/q 约为0.026V ，而PN 结正向电压约为十分之几伏，所以ⅇ^((qV_F)/kT)≫1，故式（1）中括号内的−1项完全可以忽略，于是有： I F =
I n ⅇqV F kT
（2）
其中，I n 是与PN 结材料禁带宽度及温度等有关的系数，满足以下关系：
I n =CT
γⅇqV g0kT
（3）
式（3）中C 为与PN 结的结面积、掺杂浓度等有关的常数，k 为玻尔兹曼常数，
γ在一定温度范围内也是常数，V g0为热力学温度0K 时PN 结材料的导带底与价带顶的电势差，对于给定的PN 结，V g0是一个定值。 将式（3）代入式（2），两边取对数，整理后可得：
V F =V g0−(k q ln C I F )T −kT
q
ln T γ=V 1+V nr （4）
其中
V 1=V g0−(k q ln C
I F
)T （5） V n r =−
kT
q
PN结特性实验报告
专业：应用物理
题目：PN 结特性
(1)研究 PN 结正向压降随温度变化的基本规律。
(2)学习用 PN 结测温的方法。
(3)学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。
DH-PN-2 型PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ 温度传感实验装置
PN 结正向电流I
F 和压降V
F
之间存在如下近似关系
其中q 为电子电荷；k 为玻尔兹曼常数；T 为热力学温度；I
s
为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数
其中 C 是与结面积、掺杂浓度等有关的常数； r 对温度的关系(通常取 r=3.4)； V g (0)为 0K 时 联立二式可得
是常数，其数值取决于少数载流子迁移率 PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
Vl 随温度线性变化， Vnl 为非线性变化，若忽略非线性部份，误差分析如下
温度由 T 1 变为 T 时，正向电压由 V F1 变为 V F 时，正向电压理论值与忽略非线性部份值得 偏差为
当温度变化范围较小时，该偏差可忽略(通过改变温度与I F 也可改善线度)，令 I F =常数， 则正向压降只随温度升高线性下降，这就是 PN 结测温的依据。
1. 实验系统检查与连接
关闭 DH-SJ 型温度传感器实验装置上的“加热电流”、“风扇电流”开关，接上加热电源 线。插好 Pt100 温度传感器和 PN 结温度传感器，两者连接均为直插式。 PN 结引出线分 别插入 PN 结正向特性综合试验仪上的+V 、-V 和+I 、-I 。
打开电源开关，温度传感器实验装置上将显示出室温 T R ，记录下起始温度 T R 。 2. 玻尔兹曼常数 k 的测定
实验41 pn结正向压降温度特性研究(luo)
−S = ΔV2 = ΔV1 = ΔV2 − ΔV1 = ΔV2 − ΔV1 t2 −tR t1 −tR (t2 −tR) − (t2 −tR) t2 −t1
故不论参考温度tR为何值，均可根据下式求S：
S = ΔV2 − ΔV1 t2 −t1
但温度也必须在前述 的线性变化的范围内.
为测量方便，实验中通常令室温tr为参考温度，即
tR = tr → ΔV = −S(t − tr ),
ΔV t =tr
=0
21
相关物理量
VF — PN结正向电压 IF — PN结正向电流
实验步骤与第一组同学相同。(重复第一到第七步骤)
不同之处：1. 初始温度 tr 不再是室温，而是当前显示
的温度，而VF (tr ) 也就是该温度对应的读数；2. ΔV 值
每增加10mV时，记录一次对应温度值。
初始值 tr , VF (tr )
图1
图8
17
第二组同学操作注意：
一、测量初始的 tr , VF (tr ) 值，以及ΔV调零时，将“控
图5
14
步骤六： 继续观察ΔV 值的变化，当ΔV 值每减小10mV时，记 录一次对应的温度值并填入表中。
PN结特性实验报告
专业：应用物理
题目：PN结特性
[实验目的]
（1）研究 PN 结正向压降随温度变化的基本规律。
（2）学习用 PN 结测温的方法。
（3）学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。
[实验仪器]
DH-PN-2 型PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ 温度传感实验装置
[实验原理]
PN 结正向电流I F 和压降V F 之间存在如下近似关系
其中q 为电子电荷；k 为玻尔兹曼常数；T 为热力学温度；I s 为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数
其中C 是与结面积、掺杂浓度等有关的常数；r 是常数，其数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系（通常取r=3.4）；V g(0)为0K 时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。联立二式可得
Vl随温度线性变化，Vnl为非线性变化，若忽略非线性部分，误差分析如下
温度由T1 变为T 时，正向电压由V F1 变为V F时，正向电压理论值与忽略非线性部分值得偏差为
当温度变化范围较小时，该偏差可忽略（通过改变温度与I F也可改善线度），令I F=常数，则正向压降只随温度升高线性下降，这就是PN 结测温的依据。
[实验步骤]
1. 实验系统检查与连接
关闭 DH-SJ 型温度传感器实验装置上的“加热电流”、“风扇电流”开关，接上加热电源线。插好Pt100 温度传感器和PN 结温度传感器，两者连接均为直插式。PN 结引出线分别插入PN 结正向特性综合试验仪上的+V、-V 和+I、-I。
打开电源开关，温度传感器实验装置上将显示出室温T R，记录下起始温度T R。
PN结正向压降温度特性的研究实验报告
实验题目：PN 结正向压降温度特性的研究 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) 在恒流供电条件下，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 结测温的方法。
实验原理：
理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在如下近似关系 )exp(
kT
qV Is I F
F = （1） 其中q 为电子电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度；Is 为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明 ])0(ex p[kT
qV CT Is g r
-
= （2）
其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r 也是常数；V g (0)为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
将（2）式代入（1）式，两边取对数可得 11)0(n r F
g F V V InT q kT T I c In q
k
V V +=-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-= （3） 其中
这就是PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式。令I F =常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，除线性项V 1外还包含非线性项V n1项所引起的线性误差。
设温度由T 1变为T 时，正向电压由V F1变为V F ，由（3）式可得
[]
r
n F g g F T T q kT T T V V V V ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛---=1111)0()0( （4） 按理想的线性温度影响，VF 应取如下形式： )(11
1T T T
V V V F F F -∂∂+=理想 （5）
大学物理实验PN结正向压降与温度特性的研究实验报告（完整）
⼤学物理实验PN结正向压降与温度特性的研究实验报告（完整）
PN 结正向压降与温度特性的研究
⼀、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．在恒流供电条件下，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 结测温的⽅法。
⼆、实验原理
理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在如下近似关系
)exp(
kT
qV Is I F
F = （1）其中q 为电⼦电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度；Is 为反向饱和电流，它是⼀个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明
])0(ex p[kT
qV CT Is g r -
= （2）
（注：（1），（2）式推导参考刘恩科半导体物理学第六章第⼆节）
其中C 是与结⾯积、掺质浓度等有关的常数：r 也是常数；V g (0)为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
将（2）式代⼊（1）式，两边取对数可得
11)0(n r F g F V V InT q kT T I
c
In q k V V +=-
-= （3）其中
()
r
n F g InT q
KT
V T I
c In q k V V -=???? ?
-=11)0(
这就是PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN 结温度传感器的基本⽅
程。令I F =常数，则正向压降只随温度⽽变化，但是在⽅程（3）中，除线性项V 1外还包含⾮线性项V n1项所引起的线性误差。
设温度由T 1变为T 时，正向电压由V F1变为V F ，由（3）式可得
pn结正向特性的研究实验报告
结正向特性的研究实验报告 了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。 在恒流供电条件下，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结材料的禁带宽度。 学习用PN结测温的方法。 PN结的正向电流I和压降VF存在如下近似关系 )exp(qVIsIFF （1） q为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Is为反向饱和电流，它是一个PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明 ])0(exp[qVCTIsgr （2） C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；V(0)为绝对零度时PN结材 2）式代入（1）式，两边取对数可得 1)0(nrgFVVInTqkTTIcInqkVV （3） FgInTKTVTIcInqkVV11)0( PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式。令I=常数，则正向压降只随温3）中，除线性项V外还包含非线性项Vn1项所引起的线性误差。 T变为T时，正向电压由VF1变为VF，由（3）式可得 rFggFTqkTTTVVVV111)0()0( （4） VF应取如下形式： )(11TTVVVFFF理想 （5） VF1等于T1温度时的TVF值。 3）式可得 rkTVVTVFgF11)0( （6） TTkTTVVVTTrqkTVVVVFggFgF111111)0()0(理想 （7） 7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对线性的理论rTLnqkTTTrqkVV)(1理想 （8） T=300°k，T=310°k，取r=3.4*,由（8）式可得?=0.048mV，而相应的VF的改变量约，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，V温度响应的非线性误差将有所r因子所致。 、对管的两个be结分别在不同电流I，IF2下工作，由此获得两者电压之差（VF1- VF2）121FFFFIIInqkTVV 实际与理论仍存在差距，但与单个PN结相比其线性度 、利用函数发生器，使I比例于绝对温度的r次方，则VF—T的线性理论误差为?=0。 样品架的结构如图所示，A为样品室，是一个可卸的筒状金属容器，筒盖内设橡皮0待测PN结样（采用3DG6晶体管的基极与集电极短接作为正级，发射极作为AD590）均置于铜座B上，P连接。H装在中心管的支座下，其发热部位埋在铜座B的中心柱加热电源的进线由中心管上方的插孔P引入，P2和引线（高温导线）与容器绝缘，P的专用线与测试仪机壳相连接地，并将被测PN结的温度测试仪由恒流源、基准电源和显示等单元组成。恒流源有两组，I，电流输出范围为0-1000μA连续可调，另一组用于加热，其控温电流0.1-1A，分为十档，逐档递增或减0.1A，基准电源亦分两组，一组用于补偿被测PN0℃或室温T时的正向压降VF（0）或VF（TR），可通过
PN结正向压降及温度关系的研究报告实验报告
PN 结正向压降与温度关系的研究实验报告
一、实验目的
〔1〕了解PN 结正向压降随温度变化的根本关系，测定PN 结F F V I -特性曲线及玻尔兹曼常数；
〔2〕测绘PN 结正向压降随温度变化的关系曲线，确定其灵敏度及PN 结材料的禁带宽度；
〔3〕学会用PN 结测量温度的一般方法。
二、实验仪器
SQ-J 型PN 结特性测试仪，三极管〔3DG6〕，测温元件，样品支架等。
三、实验原理
1．PN 结F F V I -特性及玻尔兹曼常数k 的测量：
由半导体物理学中有关PN 结的研究可以得出PN 结的正向电流F I 与正向电压F V 满足以下关系
F I =s I 〔e*p kT
eV F -1〕⑴ 式中e 为电子电荷量、k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，s I 为反向饱和电流，
它是一个与PN 结材料禁带宽度及温度等因素有关的系数，是不随电压变化的常数。由于在常温〔300K 〕下，kT/q=0.026,而PN 结的正向压降一般为零点几伏,所以e*p kT
eV F ",1上式括号的第二项可以忽略不计,于是有 kT eV Is I F F exp
=⑵ 这就是PN 结正向电流与正向电压按指数规律变化的关系,假设测得半导体PN 结的F F V I -关系值,则可利用上式以求出e/kT.在测得温度T 后,就可得到e/k 常数,将电子电量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F F V I -关系虽能较好满足指数关系，但求得的k 值往往偏小，这是因为二极管正向电流F I 中不仅含有扩散电流，还含有其它电流成份。如耗尽层复合电流.、外表电流等。在实验中,采用硅三极管来代替硅二极管，复合电流主要在基极出现，三极管接成共基极线路〔集电极与基极短接〕，集电极电流中不包含复合电流。假设选取性能良好的硅三极管，使它处于较低的正向偏置状态，则外表电流的影响可忽略。此时集电极电流与发射极—基极电压满足⑵式，可验证该式，求出准确的e/k 常数。
大学物理实验PN结正向压降温度特性的研究实验报告
实验题目: PN 结正向压降温度特性的研究实验目的:
1.了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。
2.在恒流供电条件下，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 结测温的方法。
实验原理:
理想PN 结的正向电流S I 和压降F V 存在如下近似关系
)exp(
kT
qV I I F
S F = （1） 其中q 为电子电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度；S I 为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明
])0(ex p[kT
qV CT I g r S -
= （2）
其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数；r 也是常数；)0(g V 为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
将（2）式代入（1）式，两边取对数可得
11)0(n r F g F V V InT q kT T I
c
In q k V V +=-⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-= （3） 其中
()
r
n F g InT q
KT V T I
c
In q k V V -=⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-=11)0(
这就是PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN 结温度传感器的基本方程。令=F I 常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，除线性项1V 外还包含非线性项1n V 项所引起的线性误差。
设温度由1T 变为T 时，正向电压由1F V 变为F V ，由（3）式可得
[]
r
F g g F T T Ln q kT T T V V V V ⎪⎪⎭
⎫
实验4.1 PN结正向压降温度特性研究new
后做的同学
先测正向电流恒定时，正向电压随温度的变化关系
t/oC VF/V 调整正向电流IF =80µ A，设置温度约为55 oC， 关闭加热电流，必要时打开风扇开关，使温度下降，记录VF。 100. 95.0 90.0 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 60.0 55.0 0
PN结温度传感器的基本方程即为
k C VF Vg ( 0) ( ln )T q IF
实验原理
k C VF Vg ( 0) ( ln )T q IF
2．PN结测温原理
对给定的PN结材料，若正向电流恒定不变，在允许 的温度变化区间内，PN结的正向电压与温度成线性 关系，且正向电压随温度的升高而线性下降。
可用 Excel处理数据
Eg (0) qVg (0) qVF S (t 273.2)
注意事项
1、开机前先将控温电流逆时针旋到底。 2、实验时一定要先预热至少十分钟。 3、加热时，升温速度要慢。 4、用直角坐标纸作图，并注明图线的相 关部分。 5、数据处理应该有过程，单位，不能只 写出结果。
首先将实验仪上的电流量程置于“×1”档，
调整电流调节旋钮，记录对应的VF值的读数。可以按
照表1的VF值来调节设定电流值，如果电流表显示值 到达“1000”，可以改用大一档量程，记录下一系 列电压、电流值于表1。
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实验题目：PN 结正向压降温度特性的研究
实验目的：了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。在恒流供电条件下，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。学习用PN 结测温的方法。
实验原理：理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在近似关系：
)exp(
kT
qV Is I F
F = 其中q 为电子电荷，k 为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，I S 为反向饱和电流：
])
0(ex p[kT
qV CT Is g r -=
由上面可以得到： 11)0(n r F g F V V InT q kT T I
c In q k V V +=-⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-= 其中
()
r
n F g InT q
KT
V T I
c
In q k V V -=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=11)0(
在上面PN 结正向压降的函数中，令I F =常数，那么V F 就是T 的函数。 考虑V n1引起的线性误差，当温度从T 1变为T ，电压由V F1变为V F ： []
r
n F g g F T T q kT T T V V V V ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=111
1)0()0( )(111T T T
V V V F F F -∂∂+=理想
()[]
()r T T q k
T T V V V T T r q k T V V V V F g g F g F 1111111)0()0(----=-⎥⎦⎤⎢⎣
⎡---+=理想
两个表达式相比较，有：
()r F T T
Ln q kT T T r q k V V )(1
1+--
=-=∆理想 综上可以研究PN 结正向压降温度特性。
实验内容：1、求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （mv/℃）。作∆V —T 曲线（使用Origin 软件工
具），其斜率就是S 。
2、估算被测PN 结材料硅的禁带宽度E g (0)=qV g (0)电子伏。根据（6）式，略去非线性，可得
T S T V T T
V T V V s F F S F g ∆⋅++=∆+
=)2.273()
0()( ∆T=-273.2K ，即摄氏温标与凯尔文温标之差。将实验所得的E g （0）与公认值E g （0）=1.21电子伏比较，求其误差。
实验数据：
实验起始温度T S =16.9℃ 工作电流 I F =50μA
起始温度为T S 时的正向压降V F （T S ）=594mV
F F S
表一：实验数据表
数据处理：
利用Excel ，将升温和降温过程分别作图：
图一：升温过程温度和压降的关系
拟合斜率S=-2.27952,σS =0.002609
图二：降温过程压降和温度的关系
拟合斜率S= -2.2783,σS = 0.002303
根据以上可以计算出：
在降温过程中S=-2.27952mV/℃,那么根据公式计算得
(0)
()(273.2)[594/1000( 2.27952)(273.2)/1000] 1.209F gv F S F S V V V T T V T S T V V
T
=+∆=++⋅∆=+-⨯-=那么显然有E g （T S ）= V gv e=1.209eV ，与公认值1.21比较有
%08.00008.021.1|21.1209.1|)(|)()(|)(==-=-=∆S S S g S T E T E T E T E
在升温过程中S=-2.19805mV/℃,那么根据公式计算得
V
V T S T V T T
V T V V S F F S F gv 199.1]1000/)2.273()19805.2(1000/598[)2.273()
0()(=-⨯-+=∆⋅++=∆+=那么显然有E g （0）= V gv e=1.199eV ，与公认值1.21比较有
%9.0009.021.1|21.1199.1|)(|)()(|)(==-=-=∆S S S g S T E T E T E T E
实验小结：
1、本实验原理比较难，计算式推导比较复杂，但是实验操作和过程都比较简单；
2、实验过程中比较顺利，最后得到的数据比较好，计算结果与公认值差距不大，升温降温两个过程误差都在控制在1%以内；
3、实验中降温过程所耗时间比较长，可以用人工辅助的方法让其降温速度加快（为精确起见，需要读数的温度点附近应该让其自然降温）；
思考题：
1、测V F （0）或V F （T R ）的目的何在？为什么实验要求测∆V —T 曲线而不是V F —T 曲线。
Sol ：测量V F （0）或V F （T R ）是为了能根据公式计算出在相应温度下的禁带宽度。实验中测量∆V —T 曲
线相对方便读数（整十），而V F —T 往往不是有很明显的读数点，容易造成失误。
2、测∆V —T 曲线为何按∆V 的变化读取T ，而不是按自变量T 取∆V 。
Sol：实验过程中，V的变化相对于T来说比较慢，变化也比较稳定，能够比较精确地读数，如果根据T来读∆V，容易造成错误读数。