PN结正向特性的研究
pn结正向特性的研究和应用实验原理
pn结正向特性的研究和应用实验原理1. 引言本文将介绍pn结的正向特性，以及研究和应用实验的原理。
pn结是半导体器件中最基本的组成部分之一，其正向特性的研究和应用对于理解和设计各种电子器件都具有重要意义。
2. pn结的正向特性pn结是由一种p型半导体和一种n型半导体相接触而形成的结构。
当施加正向电压时，电流从p区域流向n区域，这种现象称为pn结的正向特性。
3. pn结正向特性的研究方法为了研究pn结的正向特性，可以采用以下实验方法：3.1 IV特性曲线测量IV特性曲线测量是研究pn结正向特性最基本的方法之一。
通过施加不同的正向电压，测量pn结上的电流，并绘制电流与电压之间的关系曲线。
3.2 温度依赖性的研究由于温度对半导体材料的导电性能有很大影响，研究pn结正向特性的温度依赖性也是重要的。
可以通过改变温度，测量不同温度下pn结的IV特性曲线，并分析电流与温度之间的关系。
3.3 吸光度测量吸光度测量可以用来研究pn结在正向偏置下的光学特性。
通过测量不同波长光线通过pn结后的吸收情况，可以了解pn结在正向偏置下的光学特性和能带结构。
4. pn结正向特性的应用实验原理pn结的正向特性不仅对于基础研究有重要意义，也广泛应用于各种电子器件中。
以下是几个常见的应用实验原理：4.1 pn结二极管的开关特性pn结二极管是最常见的电子器件之一，其开关特性是基于正向特性的。
通过控制正向偏置电压，可以实现开和关的切换，这种特性被广泛应用于电子电路中。
4.2 pn结太阳能电池pn结太阳能电池是利用pn结的光电转换原理来将太阳能转化为电能的器件。
当太阳光照射到pn结上时，光子激发了电子-空穴对，产生电流。
这种原理被应用于太阳能电池中。
4.3 pn结光电探测器pn结光电探测器是基于pn结正向特性的光电转换器件。
当光线照射到pn结上，激发了电子-空穴对，产生电流。
这种原理被应用于光电探测器中，用于检测光信号。
5. 结论本文介绍了pn结的正向特性的研究和应用实验原理。
pn结正向导通反向截止的原理
PN结是半导体器件中一种常见的结构，其具有正向导通和反向截止的特性。
正向导通指的是当PN结的正极施加正电压，而负极施加负电压时，电流能够流过PN结。
反向截止则是指当PN结的正极施加负电压，而负极施加正电压时，电流无法在PN结中流动。
PN结的正向导通是由于PN结的结构特性所决定的。
PN结由一种P型半导体和一种N型半导体通过特定的工艺制作而成。
P型半导体中的杂质原子主要是三价离子，如硼(B)；而N 型半导体中的杂质原子则是五价离子，如磷(P)。
当P型半导体和N型半导体相接触时，发生了电子和空穴的扩散过程。
在PN结的交界处，形成了一个电场，使得电子和空穴在此处被吸引住，形成了一个耗尽层。
当正向电压施加在PN结上时，电子从N型半导体向P型半导体扩散，空穴则从P型半导体向N型半导体扩散，这样电流便能够在PN结中流动，从而实现了正向导通。
反向截止的原理是由于PN结的结构特性和外加电压的作用。
当PN结的正极施加负电压，而负极施加正电压时，电子和空穴的扩散过程被阻止了。
这是因为外加电压的方向与PN结的电场方向相反，使得电子和空穴受到了电场力的阻碍。
此时，耗尽层的宽度增加，形成了一个很宽的耗尽层，从而形成了一个很高的电势垒。
这个电势垒阻碍了电子和空穴的流动，使得电流无法通过PN结，从而实现了反向截止。
PN结的正向导通和反向截止的原理是半导体器件中的基础知识，也是理解和应用其他半导体器件的关键。
通过对PN结的正向导通和反向截止原理的研究，我们可以更好地理解半导体器件的工作原理和特性，进而应用于各种电子设备和技术中。
PN结的特性
PN结的特性实验目的与实验仪器【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PN结测温的原理和方法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（限400字以内）1）理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足关系式：I F=/s2^—1］。
考虑到常温下，里=0.016V,则理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足近似q F F关系式：I F=/s。
常。
其中，q为电子电荷，k为玻尔兹曼常量，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，I S=CT"-譽，其中，C是与结面积、掺杂浓度有关的常数，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3.4）,U g（0）为OK时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。
2）将I S带入I F式中，两边取对数，得到：U F=U（0）—（住匹）耳加卩=q+U7,其中U=U（0）-（理匹）T，U1=—竺加卩。
这就是PN结正向压降'加1g q/尸nl q作为电流和温度的函数表达式，是PN结温度传感器的基本方程。
3）对于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间，根据对项所引起的线性误差的分析可知，在恒流供电条件下，PN结的U F对T的依赖关系主要取决于线性项从，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。
U 厂T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。
F实验步骤1．实验系统的检查与连接“加热电流”、“风扇电流”都置“关”，插好Pt100温度传感器和PN结温度传感器，PN结引出线分别插入测试仪上的+V、-V、+1、-1。
2.玻尔兹曼常数k的测定a）PN结I-U关系的测量I F=/s。
常式表明，PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。
常温下，测量U F随I F从50g以5g为步距递增的值，记录在表中。
【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 FkT−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 =CTγⅇqV 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 −kTqln T γ=V 1+V nr （4）其中V 1=V g0−(k q ln CI F)T （5） V n r =−kTqln T γ （6）根据式（4），对于给定的PN 结材料，令PN 结的正向电流I F 恒定不变，则正向电压V F 只随温度变化而变化，由于在温度变化范围不大时，V n r 远小于V 1，故对于给定的PN 结材料，在允许的温度变化范围内，在恒流供电条件下，PN 结的正向电压V F 几乎随温度升高而线性下降，即 V F =V g0−(k q ln CI F)T（7）为了便于实际使用对式（7）进行温标转换，确定正向电压增量∆V [与温度为0℃时的正向电压比较]与用摄氏温度表示的温度之间的关系。
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
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IF 和压降VF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；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 的测定测得 PN 结 I ~V 关系，求出玻尔兹曼常数 k 。
将 PN 结正向特性综合试验仪上的电流量 程置于适当档位，调整电流调节旋钮以改变正向电流 I F 输出示值，观察记录相应的正向电 压 V F 值读数。
3. 至少完成对一种 PN 结材料的 V ~T 曲线的测量及数据处理(1)测定 V ~T 关系曲线 选择合适的正向电流 I F (如 I F =50µA ，普通选小于 100μA 的 值，以减小自身热效应)，并保持不变。
实验41 pn结正向压降温度特性研究(luo)
ΔV 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 ......
t tr
≈100℃
tr ≈ 室温
第二组同学做降温实验（从100℃左右开始）
先将ΔV 值调为0，降温后达到表中第一行各值时记录下对应的温度填入第二行。
ΔV 0 10 20 30 40 50 60 ......
t tr
tr ≈ 100° C
1
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. 测量恒流条件下PN结正向电压随温度变化的曲
线； 3. 确定PN结的测温灵敏度和被测PN结材料的禁
带宽度。
2
二、实验原理
1.PN结温度传感器的基本方程 在温度为T 时，PN结的正向电压公式可写为
VF = V 1 + Vnγ
其中
V1
Vg(0) = VF (tr ) + (273.2 + tr )S
④按下式进一步算出PN结材料的禁带宽度。
Eg(0) = q[VF (tr ) + (273.2 + tr )S ]
⑤按书上要求对实验结果进行分析比较。
7
数据处理要求
1. 按教材要求处理数据。 2. 用标准的坐标纸作图。 3. 数据处理应该有过程，单位，不能只写出结果. 4. 进行结果讨论。
23
由此可得 ΔV = −S(T − TR ) = −S(t − tR ) T = 273.2 + t 若令 tR = 0° C ，则 ΔV 表示为:
ΔV = −St 摄氏温标下的测温原理公式4
2.PN结材料的禁带宽度 PN结材料的禁带宽度定义为
Eg (0) = qVg (0)
Vg(0) — 热力学温度为0K时，PN结材料的导带底和
PN结正向伏安特性与温度的研究
温度对pn结正向伏安特性的实验研究
实验设备
需要使用恒温箱、电流表、 电压表等设备，以及pn 结二极管样品。
实验步骤
在恒温箱中设定不同的温度， 测量不同温度下的正向电压和 电流值，记录数据并进行分析 。
实验结果
通过实验数据可以观察到随 着温度升高，正向电流增大 ，正向电压略有减小。
温度对pn结正向伏安特性的应用前景
Part
02
pn结正向伏安特性
pn结正向伏安特性的定义与原理
定义
pn结正向伏安特性是指在正向偏置 条件下，pn结的电压-电流关系特性 。
原理
当外加正向电压时，pn结内部的电场 被削弱，电子和空穴的扩散运动增强 ，形成正向电流。随着正向电压的增 加，正向电流也相应增加。
影响pn结正向伏安特性的因素
研究不足与展望
01 02 03
实验条件限制
虽然实验结果与理论模型基本一致，但由于实验条件的限 制，部分高温度下的数据点存在一定的误差。未来可以通 过改进实验设备和方法，提高实验数据的准确性和可靠性 。
理论模型简化
为了简化分析，本研究采用了简化的理论模型。然而，实 际pn结的物理过程可能更加复杂，涉及到更多的物理效应 。未来可以进一步完善理论模型，以更准确地描述pn结的 物理特性。
感谢您的观看
STEP 03
能源转换
STEP 02
利用pn结正向伏安特性随温 度变化的特性，可以开发新型 能源转换器件，如热电转换器 等。
STEP 01
电子器件优化
了解温度对pn结正向伏安特 性的影响，有助于优化电子器 件的性能，提高其稳定性。
温度传感器
利用pn结正向伏安特性随温 度变化的特性，可以制作温 度传感器，用于测量温度。
PN结正向特性研究讲义_
PN 结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究PN 结作为最基本的核心半导体器件，得到了广泛的应用，构成了整个半导体产业的基础。
在常见的电路中，可作为整流管、稳压管；在传感器方面，可以作为温度传感器、光敏二极管等。
研究和掌握PN 结的特性具有重要的意义。
单向导电性是PN 结最基本的特性。
本实验通过测量正向电流和正向压降的关系，研究PN 结的正向特性。
由可调微电流源输出一个稳定的正向电流，测量不同温度下的PN 结正向电压值，以此分析PN 结正向压降的温度特性、测量玻尔兹曼常数，估算半导体材料的禁带宽度，以及估算通常难以直接测量的极微小的PN 结反向饱和电流。
【实验目的】1．在恒定温度条件下，测量正向电压随正向电流的变化关系，绘制伏安特性曲线。
2．在恒定电流条件下，测绘PN 结正向压降随温度的变化曲线，确定其灵敏度，估算被测PN 结材料的禁带宽度。
3．学习指数函数的曲线回归的方法，并计算出玻尔兹曼常数，估算反向饱和电流。
4．探究：用给定的PN 结测量未知温度。
【实验原理】（一）PN 结的正向特性由半导体物理学可知,理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在如下关系： [exp(1]F F qV I Is kT =-式中I F 是通过PN 结的正向电流，I s 是反向饱和电流（在温度恒定时为常数），T 是热力学温度，q 是电子的电荷量，V F 为PN 结正向压降。
由于在常温(300K)时，kT /q ≈0.026V,而PN 结正向压降约为十分之几伏，则>>1,因此括号内-1项完exp(F qV kT 全可以忽略，于是有：（1）exp()F F qV I Is kT =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：（2）(0)F g n T n F k C V V In T V V V q I ⎛⎫=-+=+ ⎪⎝⎭其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数；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，V n 是与温度有关的非线性项。
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(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）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 Fg F V V InT q kT T I c In qkV 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[]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）T V F ∂∂1等于T 1温度时的TVF ∂∂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 TLn q kT T T r q k V V )(11+--=-=∆理想 （8）设T 1=300°k ，T=310°k ，取r=*,由（8）式可得=，而相应的V F 的改变量约20mV ，相比之下误差甚小。
(完整版)PN结的特性
PN结的特性实验目的与实验仪器【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PN结测温的原理和方法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（限400字以内）1）理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足关系式：I F=I S[e qU FkT−1]。
考虑到常温下，Ktq=0.016V,则理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足近似关系式：I F=I S e qU FkT。
其中，q为电子电荷，k为玻尔兹曼常量，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，I S=CT r e−qU g(0)kT,其中，C是与结面积、掺杂浓度有关的常数，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3.4），U g(0)为0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。
2）将I S带入I F式中，两边取对数，得到：U F=U g(0)−(kq lnCI F)T−kTqlnT r=U l+U nl,其中U l=U g(0)−(kq lnCI F)T，U nl=−kTqlnT r。
这就是PN结正向压降作为电流和温度的函数表达式，是PN结温度传感器的基本方程。
3）对于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间，根据对U nl项所引起的线性误差的分析可知，在恒流供电条件下，PN结的U F对T的依赖关系主要取决于线性项U l，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。
U F−T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。
实验步骤1．实验系统的检查与连接“加热电流”、“风扇电流”都置“关”，插好Pt100温度传感器和PN结温度传感器，PN结引出线分别插入测试仪上的+V、-V、+I、-I。
2．玻尔兹曼常数k的测定a)PN结I-U关系的测量I F=I S e qU FkT式表明，PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。
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结正向压降与温度关系的研究实验报告.doc
pn结正向压降与温度关系的研究实验报告.doc
实验原理：p-n结是半导体器件中最基本的一种，其具有单向导电性能，因此在正向
偏置时，电流可流通，反向偏置时电流不能流通。
在实际应用中，p-n结的正向偏置电压
往往是一个重要的参数，因此研究正向压降随着温度的变化规律有着重要的意义。
实验步骤：
1.准备相应的实验材料：p-n结柱、万用表、稳压源、温度计、热电偶、直流电源等。
2.将p-n结柱插入稳压源的输出端，接通电源，并将万用表的正负极分别接在正负极
之间，记录下正向偏置的电压值。
3.将热电偶紧贴p-n结表面，记录下当前的温度值。
4.分别改变p-n结的温度值，并记录正向偏压下的电压值，得到多组数据。
5.根据实验数据，绘制电压-温度曲线图，进行分析。
实验数据记录：
| 温度（℃）| 正向偏压（V）|
| -------- | -------- |
| 20 | 0.35 |
| 30 | 0.32|
| 40| 0.29|
| 50| 0.26|
| 60| 0.23|
数据处理：
将所得数据画成图表，可以看出正向偏压随着温度的升高而逐渐降低。
结论：
从实验结果可以看出，p-n结正向偏压随着温度的升高而逐渐降低，这是由于随着温
度升高，半导体材料中的自由载流子浓度会增加，这会导致势垒高度的减小，从而使正向
偏压下的电压降低。
因此，在半导体器件的实际应用中，需要注意温度变化对其性能的影响，合理的散热设计可以有效提高器件的工作可靠性。
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。
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(kTqV I I FS 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[kTqV 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 IcIn q k V V +=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （3） 其中()rn F g InT qKT V 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=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[]rF g g F T T Ln q kT T T V V V V ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=111)0()0( （4） 按理想的线性温度影响，F V 应取如下形式：)(111T T TV V V F F F -∂∂+=理想 （5）TV F ∂∂1等于1T 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()[]()rT 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 TLn q kT T T r q k V V )(11+--=-=∆理想 （8）设K T 3001=，K T 310=，取4.3=r ,由（8）式可得mV 048.0=∆，而相应的F V 的改变量约mV 20，相比之下误差甚小。
PN结正向伏安特性与温
03
工业自动化
在工业自动化领域，热敏电阻广泛应 用于各种温度测量和控制系统，以确 保生产过程中的温度参数符合要求。
温度传感器
生物医疗
温度传感器在生物医疗领域具有广泛的应用，例如体温计、红外成像仪等。这 些设备利用pn结正向伏安特性和温度特性来检测人体的温度变化，对于疾病诊 断和治疗具有重要意义。
环境监测
其正向伏安特性和温度特性。
拓展应用领域
03
新型半导体材料的出现，将为pn结的应用领域带来新的拓展，
例如在光电子、生物医学等领域的应用。
pn结伏安特性与温度特性的理论模型研究
建立精确模型
为了更好地理解pn结的伏安特性和温度特性，需要建立更为精确 的理论模型。
揭示内在机制
通过理论模型的研究，可以深入揭示pn结伏安特性和温度特性的 内在机制，为优化其性能提供理论支持。
储能技术
随着新能源技术的发展，储能技术成为研究 的热点，pn结在储能技术中也有着重要的应 用价值。
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齐纳击穿
在反向偏置电压下，当电压增大到一定值时，少 数载流子浓度达到一个临界值，导致电流剧增， 这种现象称为齐纳击穿。
正向击穿电压
正向击穿电压是pn结在正向偏置下所能承受的最 大电压，超过此电压将导致电流剧增。
正向伏安特性的物理机制
多数载流子的扩散
运动
在正向偏置下，多数载流子在电 场的作用下向结区扩散，形成正 向电流。
pn结正向伏安特性与 温度特性
目录
• pn结正向伏安特性 • pn结温度特性 • pn结正向伏安特性与温度特性的应用 • 实验研究与测量方法 • 展望与未来研究方向
01
pn结正向特性实验报告
pn结正向特性实验报告PN结正向特性实验报告。
实验目的：通过实验，了解PN结的正向特性，掌握PN结的正向电压与正向电流的关系，掌握PN结的正向特性曲线。
实验仪器：1.数字示波器。
2.稳压电源。
3.万用表。
4.PN结二极管。
实验原理：PN结二极管在正向偏置时，随着正向电压的增加，正向电流呈指数增长。
当正向电压超过一定值时，正向电流急剧增大，此时称为二极管的击穿电压。
实验步骤：1.将PN结二极管连接到数字示波器上，接入稳压电源，并用万用表测量正向电压和正向电流。
2.逐步增加正向电压，记录相应的正向电流值。
3.绘制PN结的正向特性曲线。
实验数据：正向电压(V) 正向电流(mA)。
0.2 0.5。
0.4 1.2。
0.6 2.5。
0.8 4.3。
1.0 7.0。
1.2 11.5。
实验结果分析：根据实验数据绘制的PN结的正向特性曲线呈指数增长，当正向电压超过1V 时，正向电流急剧增大，表现出典型的二极管击穿特性。
这与PN结的正向特性原理相符合。
实验结论：通过本次实验，我们成功掌握了PN结的正向特性，了解了PN结的正向电压与正向电流之间的关系，并绘制了相应的正向特性曲线。
实验结果表明，PN结在正向偏置时呈现出典型的二极管特性，为后续电子器件的应用奠定了基础。
结语：通过本次实验，我们对PN结的正向特性有了更深入的了解，这对我们的学习和研究具有重要意义。
希望通过不断的实验和学习，我们能够更好地掌握电子器件的特性，为未来的科研工作打下坚实的基础。
以上就是本次实验的报告内容，谢谢阅读。
PN结正向特性的研究(共14张PPT)
F
选择合适的正向电流IF=60μA，记下室温t及正向电压VF。
和T于表2。 表1同一IF下，正向电压与温度的关系 IF= 60 μA（每隔5度记录一个数据）
导带(conduct band)：价带以上能量最低的允许带称为导带。
第12页，共14页。
五、数据记录
表1同一IF下，正向电压与温度的关系 IF= 60 μA（每隔 5度记录一个数据）
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
T/℃ 100
95
90
85
80
75
70
65
VF/V 序号 9
10
11
12
13
14
15
16
T/℃ 60
55
50
45
40
VF/V
第14页，共14页。
积。
当t = 0℃时，，VF=VF(0)，有
kC V g(0)V F( ln )TV F(0)273.2S
q IF
所以
E g ( 0 ) q V g ( 0 ) q ( V F ( 0 ) 2 7 3 .2 S )
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四、实验步骤
1、在同一恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压 降随温度的变化曲线，确定其灵敏度，估算被 测PN结材料的禁带宽度；
线性项 非线性项
第7页，共14页。
三、实验原理
PN结温度传感器的基本方程
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,
VF Vg(0) (klnC)T q IF
因此，只要测出正向电压的大小，就可得知这时
PN结正向压降与温度特性的研究
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：（见预习报告）实验仪器：1.PN结特性测试仪2.硅PN结及其保温装置实验数据：（实验起始温度T S= 19.1 ℃工作电流I F= 50 μA起始温度为T S时的正向压降V F= 590 mV）（1）升温时数据：-30 33.6 306.8-40 38.2 311.4-50 42.8 316-60 47.8 321-70 52.6 325.8-80 57.2 330.4-90 62.0 335.2-100 66.8 340-110 71.5 344.7-120 76.2 349.4-130 81.0 354.2-140 85.7 358.9-150 90.4 363.6-160 95.1 368.3-170 100.0 373.2-180 104.7 377.9 （2）降温时数据：’-30 33.2 306.4-40 37.9 311.1-50 42.6 315.8-60 47.4 320.6-70 52.1 325.3-80 56.8 330-90 61.6 334.8-100 66.3 339.5-110 71.1 344.3-120 75.8 349-130 80.6 353.8-140 85.3 358.5-150 90.0 363.2-160 94.7 367.9-170 99.5 372.7-180 104.3 377.5 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/℃）。
作∆V—T曲线（使用Origin软件工具），其斜率就是S。
（1）升温过程B （2）降温过程B根据以上可以计算出：1.在升温过程中S=-2.10751mV/℃,那么根据公式计算得温度T（K）T（K）ΔV（VV V T S mV T TV V V F F gv 19.1]1000/)2.273()10751.2(613.0[613)0()0(=-⨯-+=∆⋅+=∆+= 那么显然有E g （0）= V gv e=1.19eV ，与公认值1.21比较有 相对误差%65.121.1|21.119.1|)(|)()(|)(=-=-=∆S S S g S T E T E T E T E 2. 在降温过程中S=-2.11083mV/℃,那么根据公式计算得V V V T S mV T TV V V F F gv 19.1]1000/)2.273()11083.2(613.0[613)0()0(=-⨯-+=∆⋅+=∆+= 那么显然有E g （T S ）= V gv e=1.19eV ，与公认值1.21比较有 相对误差%65.121.1|21.119.1|)(|)()(|)(=-=-=∆S S S g S T E T E T E T E 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？答：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。
PN结的特性研究
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：
理想的PN结正向电流I f和压降Uf之间满足关系式
考虑到常温下温度的电压当量kT/q=0.026V,正向压降为十分之几伏，故理想的PN 结正向电流If和压降Uf之间存在如下近似关系 ，式中，q为电子电荷；k为玻尔兹曼常数；T为热力学温度；Is为反向饱和电流，他是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明●
式中，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）；Us（0）为0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。
将式●代入式 ，两边取对数可得❍
式中⏹，这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式，是PN结温度传感器的基本方程。
令If=常数，则正向压降只随温度变化。
实验步骤：
1.实验系统检查与连接
DH-SJ型温度传感器实验装置上的“加热电流”开关置“关”位置，将“风扇电流”开关置“关”位置，接上加热电源线，接好Pt100温度传感器和PN结温度传感器。
2.玻尔兹曼常数k的测定
（1）PN结I-U关系的测量
（2）玻尔兹曼常数k的测定
（3）完成对PN结材料的U-T曲线的测量及数据处理
1）测定U-T关系曲线选择适当的正向电流和加热电流，读取相应的Uf和T 2）求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度
3）估算被测PN结材料的禁带宽度。
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