大学物理实验实验21 PN结正向压降与温度的关系
PN结正向压降与温度关系的研究和应用
PN结正向压降与温度关系的研究和应用引言：PN结是半导体器件中常见的结构之一，其正向压降与温度之间的关系对于半导体器件的设计和应用具有重要意义。
本文将对PN结正向压降与温度关系的研究和应用进行探讨。
一、PN结正向压降与温度关系的研究PN结的正向压降是指在正向偏置电压下，PN结两端电势差的大小。
正向压降与温度之间的关系直接影响到PN结的工作性能和稳定性。
因此，研究正向压降与温度关系对于PN结器件的性能优化至关重要。
1.1PN结正向压降随温度的变化规律实验研究表明，PN结的正向压降随温度的增加而减小。
这是由于温度升高，PN结内部的载流子浓度增加，导致正向压降减小。
但是，在一定范围内，正向压降与温度之间存在一个非线性的关系。
当温度升高到一定程度时，由于热激发效应和载流子迁移速度的变化，正向压降开始增大。
1.2温度对PN结的载流子浓度分布的影响温度的改变会引起PN结内的载流子浓度分布的变化，从而影响其正向压降。
一般来说，温度升高会导致载流子浓度的增加，进而减小正向压降。
这是因为升高温度可以提高载流子的能量，从而使得更多的电子和空穴从价带跃迁到导带，增加了导电性能。
1.3温度对PN结的载流子迁移率的影响温度的变化还会影响PN结内载流子的迁移率，进而改变其正向压降。
一般来说，温度的升高会导致载流子的迁移率减小，从而增加了载流子在PN结内的停留时间，减小了正向压降。
二、PN结正向压降与温度关系的应用2.1温度补偿电路由于温度变化对PN结正向压降的影响，可以利用温度补偿电路来校正正向压降的变化。
温度补偿电路的原理是利用与温度成反比的电压源在PN结上产生一个与温度变化补偿相等的电压，从而实现对正向压降的补偿，保持其稳定性。
2.2温度传感器根据PN结正向压降与温度的关系，可以设计成温度传感器。
通过测量正向压降的变化，就可以推算出所测量的温度。
这种基于正向压降的温度传感器具有结构简单、成本低廉等优点，在很多领域有广泛的应用。
PN结正向压降与温度特性的研究
物理实验报告 数学系 张冬梅 PB03001104实验题目： PN 结正向压降与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 FF = （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[kTqV 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 IcIn q k V V +=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （3）其中()rn F g InT q KTV T IcIn 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在恒流供电条件下，PN 结的V F 对T 的依赖关系取决于线性项V 1，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN 结测温的依据。
V F —T 的特性还随PN 结的材料而异。
略去非线性项，可得T S V T T V V V F F F g ∆⋅+=∆+=)2.273()0()0(∆T=-273.2°K ，即摄氏温标与凯尔文温标之差。
实验装置如图：实验数据：实验起始温度T S= 26.6 ℃工作电流I F= 50 μA起始温度为T S时的正向压降V F（T S）= 590 mV （升温过程数据）（降温过程数据）数据处理：1． 求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （mv/℃）。
PN结正向压降与温度的关系
PN 结正向压降与温度的关系实验指导书一、实验目的1、了解PN 结正向压降(F V )随温度T 变化的基本关系式。
2、在恒流(F I )条件下测△V —T 变化曲线并确定灵敏度S 。
3、学习用PN 结测温的方法。
二、原理理想PN 结的正向电流F I 和压降F V 存在如下近似的关系式。
exp(/)F s F I I qV kT = (1)其中q 为 电子电荷；K 为玻尔兹曼常数;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exp[(0)/]r s s I CT qV kT =- (2)其中 C 与结构及材料等有关的常数;r 也是常数;(0)g V 为绝对零度时PN 结材料与禁带宽度有关的量。
将(2)式代入(1)式,两边取对数可得(0)(ln )ln rF g F k c kT V V T T q I q=-- (3) =11n V V +其中1(0)(ln )g Fk c V V T q I =- 1(ln )r n kT V T q=- 方程(3)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 .由于非线性项1n V 相对于1V 能引起误差，对于通常的硅二极管来说,在温度050C -0150C + 间,误差甚小。
即正向压降几乎随温度的升高而线性下降,这就是PN 结温度的依据。
目前有多种方法可以改善线性度。
在实际应用中并非测量F V 与T 的关系，多数情况通过电桥形式将F V T 转换成摄氏温标表示的,从某一起始温度开始的V T ∆ 关系。
下图所示为测量框图.图中D 为待测PN 结二极管，F I 为提供二极管的恒定工作电流源，F V 为工作电压，调节2R 使电桥输出端AB 电压为零或从某一起始温度时输出电压。
PN结正向压降与温度关系的研究实验报告
PN 结正向压降与温度关系的研究实验报告班级：材物41 姓名：禇雨婷 学号：2140906001一、 实验目的（1）了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系，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 （expkTeV 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，sI 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expkTeV F》,1上式括号内的第二项可以忽略不计,于是有kTeV 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,若测得半导体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.、表面电流等。
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。
若选取性能良好的硅三极管，使它处于较低的正向偏置状态，则表面电流的影响可忽略。
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。
PN结实验
k C VF (0) = Vg (0) − ln × 273 IF q
k C −( ln )t 对于其他温度t，有 ∆V = q IF
则有
△V=St
即为摄氏温标下的测温原理公式 k C S = − ln 为PN结温度传感器灵敏度 q IF
二、实验原理
3．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。 当t=0℃时，T=273,VF=VF(0) ,有
三、实验仪器
测试仪原理框图
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、VF ~T的测量和调零 开启仪器背部的电源开关，加热数分钟后， IF 将“测量选择”开关（以下简称K）拔到 IF IF 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。
二、实验原理
2．PN结测温原理和温标转换 对给定的PN结材料，如果正向电流恒定不变， 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，即正向电压随温度的升高而线性下降， 即
k C VF = Vg ( 0 ) − ( ln )T q IF
因此，只要测出正向电压的大小，就可 得知这时的温度，这就是PN结测温的依据。
k C kT VF = Vg ( 0 ) − ( ln )T − ln T r = V 1 + Vn1 q q IF
k C = V1 Vg (0) − ln T 其中 IF q kT r Vn1 = − lnT ) ( q
PN结正向压降与温度关系的研究和应用
PN 结正向压降与温度关系的研究和应用一、 实验简介：众所周知，常用于温度的传感器有热电偶，测度电阻器和热敏电阻，红外测温仪等。
其中，PN 结温度传感器具有灵敏度高，线性好，响应快易于集成化等，其他传感器无法比拟的优点，工作温度范围一般在－50℃～150℃灵敏度可达100MV/℃。
而本实验PN 结只有2.2MV/℃左右。
二、 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 结测温度的方法。
三、 实验原理：人们将高价元素（例如：P ）掺杂到硅材料中，由于磷元素多电子，使材料主要以电子导电称P 型半导体，将三价的硼元素掺杂到硅材料中使材料中出现大量空穴称N 型半导体材料。
将P 型材料同N 型材料粘合在一起由于电子和空穴的扩散复合形成PN 结。
PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式：()()γT q KT T I c q k V V F g F ln ln 0-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 其中：V g （0）――绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
q ――电子的电荷。
K ――玻尔兹曼常数。
T ――绝对温度。
I f ――PN 结中正向电流。
γ――常数。
V F 中非线性项较小，（低温下）可忽略工其影响，而认为在恒流供电条件下PN 结的V F 对T 的依赖关系取决线性项，即正向压降几乎随温度 升高而线性下降，这就是PN 结测温依据。
四、实验装置：实验系统由样品架和测试仪两部分组成。
五、实验方法和内容：1.实验系统检查与连接。
A 、 取下样品室的筒套，查待测PN 结管和测温元件应分别放在铜座的左右两侧圆孔内，其管脚不与容器接触，然后拧紧筒套。
B 、 控温电流开关应放在“关”的位置，此时加热指示灯不亮，接上加热电源线和信号传输线。
2.VF（TR）的测量和调零开启测试仪电源预热数分钟后，将“测量选择”拔到IF 由“IF调节”使IF ＝50微安。
1PN结正向压降和温度关系的研究
1PN结正向压降和温度关系的研究引言：PN结是最常见的半导体器件之一，它具有正向导通和反向截止的特性。
在PN结正向导通状态下，电流能够流过晶体管，而正向压降是电流在PN结上产生的电压降。
正向压降与温度之间存在一定的关系，这对于设计和优化电子器件的工程师来说非常重要。
因此，本文将对PN结正向压降与温度关系的研究进行讨论。
正向压降的定义：PN结的正向压降是指在正向极性下，电流通过PN结时产生的电压降。
在正常工作条件下，当PN结正向偏置电压增加时，正向导通电流也会逐渐增大。
根据欧姆定律，电压降正比于电流，并可以表示为Vf=If*Rf，其中Vf是正向压降，If是正向电流，Rf是PN结的正向电阻。
温度对PN结正向压降的影响：温度对PN结正向压降有直接的影响。
随着温度的升高，PN结的导电性会发生变化，从而对正向压降产生影响。
在低温下，半导体中载流子的运动受限制，同时PN结的扩散电阻增加，导致正向压降较大。
而在高温下，由于晶体中载流子的热激发增多，电阻减小，正向压降减小。
因此，可以得出一个结论：PN结的正向压降随着温度的升高而减小。
正向压降与热失真的关系：除了温度对PN结正向压降的直接影响外，温度还会对半导体材料的电阻特性产生影响，从而影响到正向压降。
由于热失真的存在，半导体材料的电阻随温度的变化而变化。
在PN结正向导通过程中，由于电流通过PN结时会产生热量，这将导致PN结局部局部温度升高。
随着局部温度的升高，材料的电阻值也会随之增大。
因此，在实际工作中需要考虑到这种热失真的影响，以准确计算和优化PN结的正向压降。
结论：PN结的正向压降与温度之间有一定的关系。
随着温度的升高，PN结的正向压降会减小。
这是由于温度升高导致半导体材料载流子的热激发增多，电阻减小的结果。
此外，温度还会引起热失真，导致电阻随温度变化，进一步影响到PN结的正向压降。
因此，研究PN结正向压降与温度关系对于电子器件的设计和优化具有重要意义，能够帮助工程师准确计算和改进器件的性能。
PN结正向压降与温度的关系的研究与应用
PN结正向压降与温度的关系的研究与应用PN结是半导体器件中最基本的一种结构，由P型半导体和N型半导体两种材料组成。
PN结在电路中有广泛应用，如整流器、调制解调器、光电器件等。
在PN结的使用中，其正向导通特性对于电路的性能有很大影响。
其中，PN结的正向压降与温度之间有着密切的关系，在研究和应用中需要重视这方面的影响。
PN结的正向压降指的是PN结在正向偏置下导通时，在PN结两端的电压差。
在理想情况下，PN结的正向压降应为0V，即PN结两端电势相等，但实际情况下，由于PN结内部存在内电场，因此存在一定的正向压降。
当PN结正向偏置电压逐渐增加时，由于PN结被带电，一部分载流子会从P区和N区注入PN结，在PN结中产生电流，使得PN结两端电势差逐渐减小。
当PN结两端电势相等时，PN结达到饱和态，此时的电压即为PN结的正向压降。
PN结的正向压降与温度之间有密切的关系。
随着温度的升高，PN结中载流子浓度增加，PN结内部电场强度减小，因此导致正向压降的减小。
此外，在PN结的制备过程中，材料的晶体结构、杂质掺杂等因素也可能会影响PN结正向压降与温度之间的关系。
在应用中，PN结的正向压降的大小对于电路的性能具有重要影响。
在整流电路中，正向压降要足够小，以保证电路的正向导通性；在反向电路中，正向压降要足够大，以保证电路的反向截止性。
因此，在PN结的设计与制备中，需要充分考虑PN结正向压降与温度之间的关系，采用适当的制备工艺和优化设计，来达到更好的电路性能。
总之，PN结正向压降与温度之间的关系是半导体器件中的重要研究方向之一。
在实际应用中，需要深入研究这方面的影响，以充分利用PN结的优良性能，为电路的设计与制备提供更好的实践指导。
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实验报告摘要：本实验通过测量PN结正向偏置情况下的正向压降随温度的变化，研究PN结的温度特性，并探索其在实际应用中的可能的应用。
引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，其正向特性在电子学领域具有重要的应用价值。
而PN结的温度特性对于器件的工作稳定性和可靠性有较大的影响。
因此，研究PN结的温度特性，尤其是正向压降与温度的关系，对于提高器件性能有着重要意义。
实验目的：1.研究PN结的温度特性，特别是正向压降随温度的变化规律；2.探索PN结温度特性相关的应用，例如热敏电阻等。
实验原理：PN结在正向偏置情况下，通过正向电流使得P区载流子与N区载流子复合，产生电压降。
根据热力学原理，温度升高会提供更多的热能，促使载流子的热激发增加，从而降低正向电压的阻挡力。
因此，PN结正向压降与温度呈负相关。
实验步骤：1.搭建实验电路：将PN结与电源和电流测量仪连接，确保电路连接正确。
2.在实验装置中设置好温度传感器，与PN结接触。
3.调节电源的正向电流，并分别测量不同温度下的正向压降和电流。
4.依次调节不同温度下的电流，重复步骤3，记录数据。
实验结果：将测得的正向电流和压降数据制成表格，并绘制电压-温度曲线和电流-温度曲线。
讨论：通过分析实验结果，可以发现PN结的正向压降随着温度的升高而逐渐降低，且呈现较大的线性关系。
这与实验原理的推测相符合。
应用：基于PN结正向压降与温度的关系，我们可以将其应用于热敏电阻的制备和温度测量。
热敏电阻可以根据PN结的特性，根据温度的变化来改变电阻值，从而实现温度的感应和测量。
这在实际工业控制和家用电器中具有广阔的应用前景。
结论：通过本实验研究PN结的温度特性，我们发现PN结的正向压降随着温度升高而逐渐降低，并且可以将该特性应用于热敏电阻的制备和温度测量中。
实验结果对于提高PN结的性能和应用具有重要参考价值。
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
T T1
r
V F理想
= VF1
+
∂VF1 ∂T
(T
− T1 )
[ ] V理想 = VF1 + − Vg − VF1 − k r(T − T1 ) = Vg (0) − Vg (0) − VF1 T − k (T − T1 )r
T1
q
T1 q
两个表达式相比较，有：
∆ = V理想 − VF = − k r(T − T1 ) + kT Ln( T )r
c IF
T
( ) Vn1 = − KT InT r q
在上面 PN 结正向压降的函数中，令 IF=常数，那么 VF 就是 T 的函数。 考虑 Vn1 引起的线性误差，当温度从 T1 变为 T，电压由 VF1 变为 VF：
[ ] VF
= Vg (0) −
Vg (0) − VF1
T T1
−
kT q
1 n
0
-20
A
-40
Linear Fit of Data1_A
-60
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(kTqV Is I FF = （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[kTqV 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 IcIn q k V V +=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （3） 其中()rn F g InT qKTV T Ic 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[]rn 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：)(111T T TV V V F F F -∂∂+=理想 （5） TV F ∂∂1等于T 1温度时的T V F ∂∂值。
由（3）式可得r qk T V V T V F g F ---=∂∂111)0( （6） 所以()[]()r T T q kT 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（7）由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对线性的理论偏差为()r F T T Ln q kT T T r q k V V )(11+--=-=∆理想 （8）设T 1=300°k ，T=310°k ，取r=3.4*,由（8）式可得∆=0.048mV ，而相应的V F 的改变量约20mV ，相比之下误差甚小。
pn节 正向压降与温度的关系
pn节正向压降与温度的关系正向压降与温度的关系是一个在工程领域中常常涉及到的问题。
正向压降是指流体在流动过程中由于管道摩擦和阻力而产生的压力损失。
而温度则是指流体在流动过程中的温度变化。
这两个因素之间的关系对于工程设计和操作来说非常重要。
本文将从理论和实际应用两个方面来探讨正向压降与温度的关系。
从理论上来说，正向压降与温度的关系可以通过流体力学和热力学的原理进行解释。
在流体力学中，正向压降是由于流体在管道中流动时与管道壁面之间的摩擦力和管道内部的阻力所产生的。
而温度的变化则是由于流体在流动过程中的能量转化和热交换引起的。
根据热力学的原理，流体的温度会随着压力的变化而变化，即当流体经过管道时，由于正向压降的存在，流体的压力会下降，同时也会引起温度的变化。
在实际应用中，正向压降与温度的关系对于工程设计和操作具有重要的影响。
首先，正向压降会导致流体的压力损失，从而影响工程系统的运行效率和能耗。
在一些需要高压力和高温度的工程系统中，如石油化工和电力工程，正向压降的控制非常关键。
通过合理设计管道的直径和长度，选择合适的流体速度和材料，可以减小正向压降的大小，从而提高工程系统的效率。
正向压降与温度的关系还会对流体的输送和处理过程产生影响。
在一些需要对流体进行加热或冷却的工程系统中，正向压降的大小和流体的温度变化密切相关。
通过控制正向压降的大小，可以实现对流体温度的控制和调节。
在一些化工和石油工程中，正向压降的控制和温度的调节是非常重要的技术要求。
正向压降与温度的关系还会对流体的输送和处理过程产生影响。
在一些需要对流体进行加热或冷却的工程系统中，正向压降的大小和流体的温度变化密切相关。
通过控制正向压降的大小，可以实现对流体温度的控制和调节。
在一些化工和石油工程中，正向压降的控制和温度的调节是非常重要的技术要求。
正向压降与温度的关系在工程领域中具有重要的意义。
理论上，正向压降与温度的关系可以通过流体力学和热力学的原理进行解释。
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 kTeV 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 kTeV 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。
PN结正向压降与温度关系的研究(黄)实验报告
根据⑷式，略去非线性，可得
Vg= VF(0)+VF(0)ΔT/T=VF(273.2)+S·ΔT
ΔT=-273.2ºK为摄氏温标与开尔文温标之差，S为正向压降随温度变化灵敏度。
四．实验装置：
实验用具由样品架和测试仪两部分构成,样品架结构如图所示,其中A为样品室。待测样品PN结管是将三极管3DG6的基极与集电极短接后作为正极,其发射极作为负极构成的一只二极管，它和测温元件(AD590)均置于铜座B上,待测PN结的温度和电压信号输入测试仪。
一．实验目的：
1.了解PN结正向压降随温度变化的基本关系，测定PN结 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：
样品室
K
图2.测量电路框图
五．实验内容：
1.测量玻尔兹曼常数k：
在一定温度的条件下，测量 的关系曲线，实验可在室温下进行。
2.测量PN结材料禁带宽度；
将“测量选择”开关K拨到If，调节If=50μA，将K拨到VF，记下起始温度TS时的VF(TS)值，再将K置于ΔV，调节使ΔV=0。
测定ΔV-T关系曲线：打开电源开关，逐步提高加热电流，测量ΔV所对应的T值，ΔV每变化10mV记录T的值。测量时应注意，升温速度不要太快，温度不宜过高120ºC。
2．PN结材料禁带宽度的测量：
由物理学知，PN结材料禁带宽度是绝对零度时PN结ห้องสมุดไป่ตู้料的导带底和价带顶间的电势差 有如下关系：
大学物理实验实验21 PN结正向压降与温度的关系
−20
−40
−60
−80
−120
−140
−160
… … …
7
注意事项
① 打开电源，在测量前先预热几分钟后再进行测量。
② 在整个实验过程中，升温速率要慢。
思考题
① 在测量PN结正向压降和温度的变化关系时，温度高时UF −T 线性好，还是温度低时好？ ② 测量时，为什么温度必须在−50℃～150℃范围内？
pn结正向压降与温度的关系物理实验教学中心实验背景采用不同的掺杂工艺将p型半导体与n型半导体制作在同一块半导体基片上在它们的交界面就形成空间电荷区称为pn结pn结具有单向导电性
PN结正向压降与温度的关系
物理实验教学中心
实验背景
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基 片上，在它们的交界面就形成空间电荷区，称为PN结，PN结具有单向导电 性。 一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质的是P型半导体，另一部分掺 有施主杂质的是N型半导体，P型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区 域即PN结。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的PN结 叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。制造 PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通 常采用外延生长法。 P型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半 导体内部形成带正电的空穴。 N型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半 导体内部形成带负电的自由电子。
项U1，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测 温的依据。
实验内容与步骤
6ห้องสมุดไป่ตู้
实验内容与步骤
⑦数据记录 实验起始温度 Ts＝_______℃；工作电流 IF=________A； 起始温度Ts时的正向压降 UF（Ts）＝________mV； 控温电流=________A。 填写下表
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实验内容与步骤
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实验内容与；工作电流 IF=________A； 起始温度Ts时的正向压降 UF（Ts）＝________mV； 控温电流=________A。 填写下表
U=UF(T)−UF(Ts)(mV) T(℃) (273.2+T) (K)
PN结正向压降与温度的关系
物理实验教学中心
实验背景
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基 片上，在它们的交界面就形成空间电荷区，称为PN结，PN结具有单向导电 性。 一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质的是P型半导体，另一部分掺 有施主杂质的是N型半导体，P型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区 域即PN结。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的PN结 叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。制造 PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通 常采用外延生长法。 P型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半 导体内部形成带正电的空穴。 N型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半 导体内部形成带负电的自由电子。
−20
−40
−60
−80
−120
−140
−160
… … …
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注意事项
① 打开电源，在测量前先预热几分钟后再进行测量。
② 在整个实验过程中，升温速率要慢。
思考题
① 在测量PN结正向压降和温度的变化关系时，温度高时UF −T 线性好，还是温度低时好？ ② 测量时，为什么温度必须在−50℃～150℃范围内？
实验目的
① 了解PN结正向压降随温度变化的基本关系。
② 在恒流供电条件下，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结测温度的方法。
实验仪器
TH-J型PN结UF-T特性实验台、TH-J型PN结正向压降温度特性 测试仪、温度计
实验原理
在恒流供电条件下，PN结的UF对T的依赖关系取决于线性