大学物理 PN结温度特性

当t = tR时，T=273.2+t，VF=VF（tR）有
所以，
（ຫໍສະໝຸດ Baidu）
实验目的：

1． 了解PN结正向电压随温度变化的基本规 律。 2． 测绘恒流条件下PN结正向电压随温度变 化的关系图线。 3． 确定PN结的测温灵敏度和被测PN结材料 的禁带宽度 。


TH-J型PN结正向压降温度特性实验仪
样 品 架
+ + + + + + + + + + + +
-
-
-
-
P
空穴扩散方向
动态平衡
+ + + + + + + + + + + +
空间电 荷区
少子漂移运动
+ + + +
-
-
-
-
内电场
•2．PN结温度传感器的基本方程
理想PN结的正向电流IF和正向电压VF存在如下近似 关系式：
（1）
式中q为电子电量，T为热力学温度，In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：
（2）
式中C是与PN结的结面积、掺杂浓度等有关的常数，k 为玻尔兹曼常数，r在一定范围内也是常数，Vg（0）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结材料，Vg（0）是一个定值。
将公式（2）代入公式（1），两边取对数，整理后可得：
（3）
其中
，
式（3）是PN结正向电压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。
设t=tR 0C时，令
=0，则有
（4）
而对于其它温度t0C有
定义
为PN结温度传感器灵敏度，则有
或
（5）
这就是PN结温度传感器在摄氏温标下的测温原理公式。
4． 确定PN结材料的禁带宽度
PN结材料的禁带宽度Eg（0）定义为电子的电量q与热力 学温度0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差Vg（0） 的乘积，即 由公式（4），可得
3．PN结测温原理和温标转换
对给定的PN结材料，在允许的温度变化区间内，在 恒流供电条件下，PN结的正向电压VF对温度的依赖关 系取决于线性项V1，正向电压VF几乎随温度升高而线 性下降。即
这就是PN结测温的依据。 温度T是热力学温度，在实际使用时会有不变之处， 为此，我们进行温标转换，采用摄氏温度 t 来表示。 即 T=273.2+t 令VF在室温时的值为VF（tR）,则在TK时VF的 值为 代入公式（3），有
PN 结正向电压温度特性研究
五邑大学物理实验中心 2010.3

PN结的两个显著特性
导电性：单向导电
二 极 管
温度特性：正向电压降受 温度影响显著,且在一定 条件下具有线性关系
温 度 传 感 器
PN结的伏安特性随温度变化示意图
电子扩散方向
1. PN结的形成
浓度差 多子扩散运动 空间电荷区 内电场 N + + + +
样品架结构如右图所示。 其中A为样品室，是一个可卸 的筒状金属容器。待测PN结 样管和测温元件均置于样品座 B上，其管脚通过高温导线分 别穿过两旁空心细管与顶部插 座P1连接。被测PN结的温度 和电压信号通过P1插件的专用 线输入测试仪。
样品架
引线架
TH-J型PN结正向压降温度特性测试仪