PN结特性实验[1]
PN结的物理特性实验
量中。
LF356 是一个高输入阻抗集成运算放大 器, 用它组 成的 电流- 电压 变换器( 弱电 流放
大器) , 如图4 .1 .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( 弱电
流放大器等效内阻) 。由图4 .1 .2 可知, 运算放大器的输出电压为
Uo = - K0 Ui
量作为已知值代入, 即可得到玻耳兹曼常数 k 。
为了 验 证 式( 4 .1 .2) 及 求 出 准 确 的 e/ k 常 数 , 在 实 际 测 量 中, 选 取 性 能 良 好 的
TIP31 型 硅三 极管( NPN 管) , 接 成 共 基 极 线 路。 实 验 中, 发 射 极 与 基 极 处 于 较 低 的 正
图4 .1 .2 电流- 电压变换图
[ ᇔ僂Ԡಞ] FD- PN- 2 型 PN 结物理特性测 定仪, 其 主要 组 成部 分 有电 源、数 字 电压 表 组 合装 置
( 包括±15 V 直流电源、1 .5 V 直流电源、三位半 数字电 压表、四位 半数 字电 压表) 及 实验 板一块( 由电路图、LF356 运算放 大器、印 刷电路 引线、多 圈电 位器、接 线 柱等 组成) , 带 3 根引线的 TIP31 型硅三极管, 温度计。 [ ᇔ僂ᇯ]
( 1) 将测得的 U1 和 U2 各对数据, 以 U1 为自变量, U2 作因变量, 分别代入: ①线性函
数 U2
=
a U1
+
b;
②乘幂函数 U2
=
a
Ub 1
;
③指数函数 U2
=
aexp(
b U1 )
,
求出各函数相应的 a
和b 值, 得出3 种函数的经验公式。
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引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，具有广泛的应用。
本实验旨在通过实验验证PN结的正向特性，并探讨其相关理论。
一、实验目的：1. 验证PN结的正向电流-电压特性。
2. 探究PN结正向特性与温度的关系。
二、实验原理：PN结是由P型半导体和N型半导体材料组成的结构，其中P型半导体为电子亏损型材料，N型半导体为电子富余型材料。
在PN结中，P区域被称为阳极，N区域被称为阴极。
当PN结正向偏置时，即阳极接正电压，阴极接负电压，电子从N区域向P区域扩散，空穴从P区域向N区域扩散。
这种扩散过程导致PN结两侧电荷分布不均，形成电场。
电子和空穴在电场的作用下向相反方向运动，形成电流。
三、实验步骤：1. 准备实验所需材料：PN结二极管、电源、万用表等。
2. 搭建实验电路：将PN结二极管连接到电源的正极，将万用表连接到二极管的阳极和阴极。
3. 调节电源电压，记录不同电压下的电流值。
4. 将实验温度逐渐升高，重复步骤3。
四、实验结果与分析：实验数据如下表所示：电压（V）电流（mA）0.2 0.010.4 0.030.6 0.050.8 0.071.0 0.10从实验数据可以看出，当电压增大时，电流也随之增大。
这符合PN结正向特性的基本规律。
根据理论知识，当PN结正向偏置时，电流与电压之间存在指数关系。
即电流随电压呈指数增长。
这是因为随着电压的增大，电子和空穴的扩散速度增加，导致电流增大。
此外，实验还发现PN结的正向特性与温度密切相关。
随着温度的升高，PN结的电流-电压特性曲线整体上会右移。
这是因为温度升高会增加载流子的热运动，使得电子和空穴更容易穿过PN结，从而导致电流增大。
五、实验结论：通过本实验，我们验证了PN结的正向电流-电压特性，并探究了其与温度的关系。
实验结果表明，PN结的电流随电压呈指数增长，且随着温度的升高，整体上会右移。
六、实验总结：本实验通过实际测量验证了PN结的正向特性，并深入探讨了其与温度的关系。
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：曲线拟合得U=-2.9t+551.1（mV）,相关系数R2=0.9902，可信度很高即灵敏度S=2.9mV/℃计算得V F(t0)=478.3mV由可以算出禁带宽度Eg（t0）=1.34eV与理论值1.21eV的相对误差为（1.34-1.21）/1.21*100%=11%七、误差分析1、测量U-T曲线时，升温过快导致调节电流不及时；2、温度计示数有一定延迟。
PN结的物理特性—实验报告
半导体PN 结的物理特性实验报告姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日 一、引言半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。
本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。
本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。
二、实验原理 1、 PN 结的物理特性（1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。
（2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。
在常温（T=300K ）下和实验所取电压U的范围内， 故①可化为 ②，两边取对数可得 。
（3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。
2、反向饱和电流I s（1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。
对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。
（2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为③，代入②得 ，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K时材料的禁带宽度。
实验5.3-PN结特性
实验5.3-PN结特性实验名称：实验5.3 PN结特性班级：信计0902 实验日期：2011年5月5日学生姓名：宋鹏学号：40964044 组别：J43【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。
【实验原理】PN结的I-V特性：理想PN 结的正向电流I F 和正向电压V F 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，k 为玻尔兹曼常数，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，两边取对数得：可以证明：（2）exp 1exp FF F s s qVqV I I I kT kT ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-≈ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦ln ln FF s qI V I kT=+()0exp g r s qV I CT kT ⎛⎫=- ⎪⎝⎭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 为常数其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，V g (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：这就是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。
【实验仪器】QS-J 型PN 结正向压降温度特性实验组合仪【实验内容】1. 测定玻尔兹曼常数k ——测得常温下Si 管PN 结的I F -V F 关系，并将所得到的结果与标准值 k=1.3807×10-23J/K 相比较。
2. V F (T R )的测量：()0lnln r Fg l nl F k CkTV V T T V V q I q ⎛⎫=--=+ ⎪⎝⎭开启测试仪电源，预热数分钟后，将“测量选择”开关（以下简称K）拨到IF ，由“IF调节”使IF =50μA。
pn结的特性实验报告
pn结的特性实验报告PN结的特性实验报告引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。
在本次实验中，我们将通过实验来研究PN结的特性，包括正向偏置、反向偏置和截止电压等。
通过实验数据的分析，我们可以更好地理解PN结的工作原理和特性。
实验方法：1. 实验仪器和材料：- P型硅片和N型硅片- 直流电源- 电压表- 电流表- 变阻器- 连接线等2. 实验步骤：1) 将P型硅片和N型硅片连接起来，形成一个PN结。
2) 将正极连接到P型硅片，负极连接到N型硅片，进行正向偏置实验。
3) 测量正向电流和正向电压的关系。
4) 将正极连接到N型硅片，负极连接到P型硅片，进行反向偏置实验。
5) 测量反向电流和反向电压的关系。
6) 根据实验数据分析PN结的特性。
实验结果和分析：1. 正向偏置实验：在正向偏置实验中，我们将电压从0V逐渐增加，并测量相应的电流。
实验数据显示，当电压低于PN结的截止电压时，电流非常小，接近于0。
随着电压的增加，电流迅速增加，符合指数增长的特性。
这是因为在正向偏置下，PN结的载流子被注入并迅速扩散，形成电流。
2. 反向偏置实验：在反向偏置实验中，我们将电压从0V逐渐减小，并测量相应的电流。
实验数据显示，当电压低于PN结的截止电压时，电流非常小，接近于0。
然而，当电压超过截止电压时，电流急剧增加。
这是因为在反向偏置下，PN结的耗尽层宽度增加，电流主要由漏电流组成。
3. 截止电压：通过实验数据的分析，我们可以得到PN结的截止电压。
在正向偏置实验中，当电流开始迅速增加时，我们可以得到PN结的截止电压。
同样，在反向偏置实验中，当电流开始急剧增加时，也可以得到PN结的截止电压。
通过多次实验得到的数据可以取平均值，提高结果的准确性。
结论：通过本次实验，我们成功研究了PN结的特性。
正向偏置下，PN结的电流随电压增加而指数增长；反向偏置下，PN结的电流在低于截止电压时非常小，但在超过截止电压后急剧增加。
实验一PN结物理特性的测量
+
eU kBT
（6）
分别以 U 和 lnI 为变量，作线性最小二乘法拟合，得到 e / kBT，可以得到 kB．实验中 （见图 3），U 为 U1 ，I ＝ U2 / R f ，（6）式变为
lnU 2
= (lnI 0
+
lnR f
)
+
eU 1 kBT
（7）
用 U1 为横坐标，lnU2 为纵坐标拟合即可． 在实验中，如果利用二极管进行测量，往往得不到好的结果，其原因是：（a）存在耗
【实验仪器】
±15V 直流稳压电源，TIP31 型硅三极管，LF356 集成运算放大器，四位半数字万用 表，电阻，电容，电位器，导线，实验接线板等．
TIP31 型硅三极管，LF356 集成运2 元件管脚图
图 3 实验线路图
【实验内容】
实验线路图如图 3 所示．在常温和零温（冰水混合物）下测量硅三极管发射极与基极
【参考资料】
[1] 陆申龙等．半导体 PN 结 I-V 关系曲线拟合以及 e / kB 的测定．物理实验（1），1992 [2] A. Sconza, G. Torzo, and G. Viola “Experiment on the physics of the PN junction”，Am. J. Phys. 62
lf356运算放大器是一个集成运算放大器r的比值叫做运算放大器的开环增益可以认为反馈电流等于信号源的输入电流i为电流电压变换器的等效输入阻抗因为反馈电流等于信号源的输入电流imw用量程为200mv的数字电压表它的分辨率为001mv则能测到的最小电流为mv01由此可见电流电压变换器具有很高的灵敏度
实验一 PN 结物理特性的测量
Is
pn结特性实验报告
pn结特性实验报告PN结是P型和N型半导体材料接触而形成的结，是半导体器件中最基本的一种结构之一。
PN结的特性非常重要，对于理解和应用半导体器件非常关键。
本实验主要通过测量PN结的伏安特性曲线，研究PN结的整流作用和反向击穿特性。
实验仪器包括PN结二极管、直流电压源、直流电流表、电阻箱等。
首先按照电路图连接好实验电路，然后将直流电压源的电压调节到0V，将直流电流表改为电压测量模式，并设置合适的量程。
然后逐步增加直流电压源的电压，并记录PN结的电压和电流值。
在改变电压的同时，可以观察PN结上是否有发光现象，以及发光强度的变化。
实验结果显示，当外加电压为正向时，即P端连接正电压，N端连接负电压，PN结的电流非常小，大约在10^-6量级以下。
这是因为PN结的整流作用，电子由N端向P端流动，而空穴由P端向N端流动，形成了电流。
此时PN结处于正向偏置状态。
而当外加电压为反向时，即P端连接负电压，N端连接正电压，PN结的电流非常大，大约在10^-3量级以上。
这是因为反向击穿现象的发生，电子和空穴在PN结处以较高的速度相遇复合，形成漫射电流。
此时PN结处于反向偏置状态。
需要注意的是，过高的反向电压会导致PN结的击穿，从而破坏PN结。
实验中还观察到了PN结的发光现象。
在正向偏置状态下，电流随着电压的增加而增加，当电压达到正向击穿电压时，PN结开始发光，并逐渐增强。
这是因为PN结发生辐射复合，使得能量得以转移为光子。
发光强度与电流强度成正比。
通过本次实验，我深入了解了PN结的特性。
PN结不仅可以实现整流作用，还可以实现发光效果。
在实际应用中，PN结被广泛应用于半导体器件中，比如二极管、LED和激光器等。
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。
PN结特性及玻尔兹曼常数测定实验
PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测定实验半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。
使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一)，了解测量弱电流的一种新方法。
本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。
【实验目的】1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。
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10-6A 至10-8A 的弱电流。
4、测量PN 结结电压be U与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。
5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。
6、学会用最小二乘法拟合数据。
【实验仪器】ZC1606型PN 结特性研究与玻尔兹曼常数测定仪（如下图），ZC1606型温度加热装置，S9013型三极管一只，温度控制连接线，短路线和电源线。
图1 ZC1606型PN 节特性研究与玻尔兹曼常数测定仪【实验原理】一、PN 结的正向特性理想情况下，PN 结的正向电流随正向压降按指数规律变化。
其正向电流I F 和正向压降V F 存在如下近关系式： exp(kTqV I I Fs F = （1） 其中q 为电子电荷（即e =1.602×10-19C ）；k 为玻尔兹曼常数；T 为绝对温度；I S 为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度及温度有关的系数，可以证明： exp()0(kTqV CT I g rS -= （2）其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数，r 也是常数（r 的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)为绝对零度时PN 结材料的带底和价带顶的电势差，对应的qV g(0)即为禁带宽度。
(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。
pn结特性实验报告
pn结特性实验报告PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型和N型两种半导体材料组成。
通过合理的掺杂工艺，P型材料中掺入三价掺杂剂，N型材料中掺入五价掺杂剂，使得PN结具有独特的电学特性和器件功能。
而本次实验旨在研究PN结的特性，并通过实验数据验证PN结的一些基本特性。
实验步骤如下：1. 准备实验器材与元件：我们需要准备的实验器材包括电流源、电压源、台式电压表、数字万用表和示波器等。
而元件方面，可选择硅（Si）或锗（Ge）为半导体材料，并分别制备P型和N型材料单晶体。
2. 制备PN结：首先，将P型和N型材料片分别放入刻有浅浩深度的腐蚀液中进行腐蚀，以去除表面的氧化层。
然后，分别用净化液进行洗涤，使片面维持清洁无杂质状态。
接下来，将两片材料通过高温扩散或涂覆方式粘接在一起，形成PN结结构。
3. 测量I-V特性曲线：使用电流源和电压源连接到PN结，依次改变电流和电压的大小，测量不同电压下的电流值。
将实验得到的I-V数据记录下来，并绘制出I-V特性曲线。
4. 测量C-V特性曲线：切换到电容模式，依然使用电压源和电流源连接到PN结，逐渐增加电压的大小，并测量得到不同电压下的电容值。
将实验得到的C-V数据记录下来，并绘制出C-V特性曲线。
实验结果与数据分析：从实验数据可以得知，PN结的I-V特性曲线通常呈现出非线性的特点。
在低于开启电压的情况下，PN结的电流非常微弱，近似于零电流。
一旦开启电压达到一定阈值，PN结将出现快速增加的电流。
而在反向电压下，PN结的电流保持较小的值。
通过对I-V曲线的分析，我们可以得知PN结的整流特性。
具体来说，当PN结正向偏置时，导通电流会迅速增加，这意味着PN结可以作为半导体整流器件使用。
而反向偏置时，可以发现PN结具有一定的阻断能力，可作为保护电路使用。
同时，C-V曲线也能提供有关PN结的一些信息。
当电压的振幅增加时，PN结的电容值将增大。
这是因为在高反向电压下，空穴和电子会被强烈地吸引到PN结中，从而增加了电容。
大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性1
天津大学物理实验报告姓名： 专业： 班级： 学号： 实验日期： 实验教室： 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：]1)/[exp(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：0exp(/)I I 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。
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r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。
运算放大器的输入电压0U 为：00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（fR 称反馈电阻）。
因而有：0(1)i i s ffU U U K I R R -+==(4)由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为1i f f x sU R R Z I K K ==≈+ (5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图1MLF356-+74+15V-15V236ecbV 1V 2100Ω1.5VTIP31TIP31ebc LF35612348765R fI sK o-+U 0U iZ rI s图2 电流－电压变换器i s frU UI Z R ==-(6)只要测得输出电压0U 和已知f R 值，即可求得s I 值。
《半导体光电子学》PN结特性的研究实验
《半导体光电子学》PN结特性的研究实验一、实验目的及内容（10分）实验目的：1.学习与熟悉Sentaurous软件2.了解PN结的基本结构3.理解PN结IV特性实验内容：1.安装与学习Sentaurous软件2.基于Tcad软件建立PN结结构模型3.PN结IV特性的仿真曲线4.N区掺杂浓度与厚度对PN结特性的影响5.PN结IV特性曲线二、实验原理（20分）p-n结：把一块p型半导体和一块n型半导体结合在一起，在二者的交界面处就形成了所谓的p-n结。
突变结：在交界面处，杂质浓度由NA（p型）突变为ND（n型），具有这种杂质分布的p-n 结称为突变结。
缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结。
p-n结的形成过程 :当本征半导体的两边分别掺杂不同类型的杂质时，由于浓度差的作用，n区的多数载流子电子和p区的多数载流子空穴分别向p区和n 区扩散。
这样在p区和n区的分界面附近，n区由于电子扩散到p区而留下不能移动的正离子，p区由于空穴扩散到n区而留下不能移动的负离子。
这些不能移动的正负离子在分界面附近形成一个电场E0，称为内置电场。
内置电场的方向是从n区指向p区，阻碍着电子和空穴的扩散，它使n区的少数载流子空穴和p区的少数载流子电子分别向p区和n区作漂移运动，三、实验过程及结果（60分）1、建立project及仿真过程参数设置：建立肖特基结模型：2、仿真条件及对应的仿真结果（1）五组不同N区掺杂浓度下PN结的特性曲线：较高的N区掺杂浓度可以降低开启电压、降低正向电阻、增加导通电流和饱和电流。
而较低的N区掺杂浓度则会有相反的效果。
（2）五组不同N区厚度下PN结的反向特性曲线：当N区厚度减小时，PN结的峰值反向电压会增加，反向电流会增加，反向电容会减小，反向击穿电压会减小。
（3）选取合适的N区掺杂浓度与厚度，给出PN结IV特性曲线pn结的正向导通伏安特性曲线与反向截止伏安特性曲线分别包含了各曲线类型的特点。
pn结物理特性实验报告
pn结物理特性实验报告PN结物理特性实验报告引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型和N型半导体材料的结合而成。
PN结具有许多重要的物理特性，如整流、放大、开关等，对于电子学领域的发展具有重要意义。
本实验旨在通过实际操作和数据测量，深入了解PN 结的物理特性。
实验目的：1. 理解PN结的基本原理和结构特点；2. 掌握PN结的正向和反向特性；3. 通过实验测量，探究PN结的电压-电流关系；4. 分析PN结的整流特性以及其在电路中的应用。
实验仪器和材料：1. PN结二极管2. 直流电源3. 电压表4. 电流表5. 电阻箱6. 连接线实验步骤：1. 将PN结二极管连接到直流电源的正负极，并将电压表和电流表连接到二极管的正向和反向端口；2. 通过调节电源的电压，测量PN结在不同电压下的正向电流和反向电流；3. 记录实验数据，并绘制出PN结的电压-电流特性曲线；4. 利用电阻箱连接到PN结电路中，观察PN结的整流特性，并记录实验现象。
实验结果与分析：在实验过程中，我们测量了PN结在不同电压下的正向电流和反向电流，并绘制了电压-电流特性曲线。
实验结果显示，当电压为正向时，PN结的电流呈指数增长的趋势，而当电压为反向时，PN结的电流几乎为零。
通过分析实验数据，我们可以得出以下结论：1. PN结的正向电流与电压成指数关系，符合热激发理论；2. PN结的反向电流非常小，可以近似看作是零；3. PN结具有较高的整流特性，可以用作电路中的整流器件。
结论：通过本次实验，我们深入了解了PN结的物理特性。
PN结作为半导体器件中最基本的结构之一，具有重要的应用价值。
通过测量和分析，我们发现PN结的正向电流与电压呈指数关系，反向电流非常小。
此外，PN结还具有较高的整流特性，可以在电路中充当整流器件。
通过实验，我们不仅加深了对PN结物理特性的理解，还掌握了实验测量的方法和技巧。
这对于今后深入研究半导体器件和电子学领域具有重要意义。
pn结正向特性实验报告
pn结正向特性实验报告实验目的：本实验旨在通过实验测量和分析，掌握pn结二极管的正向特性曲线，了解pn 结二极管的正向电压-电流关系，以及正向电压对二极管导通特性的影响。
实验仪器和设备：1. 示波器。
2. 直流稳压电源。
3. 脉冲信号发生器。
4. 二极管。
实验原理：pn结二极管在正向电压作用下，电子从n区向p区扩散，空穴从p区向n区扩散，当二者相遇时，发生复合，使得p区和n区的空穴浓度和电子浓度减少。
当二极管正向电压增大时，电子和空穴的扩散速度增大，扩散电流也随之增大。
当正向电压增大到一定程度时，扩散电流迅速增大，二极管进入饱和状态，此时扩散电流几乎不再随电压变化而变化。
在实际的正向电压作用下，二极管的特性曲线呈现出指数增长的趋势。
实验步骤：1. 将示波器、直流稳压电源和脉冲信号发生器连接好。
2. 将二极管连接到电路中，并通过直流稳压电源施加不同的正向电压。
3. 调节脉冲信号发生器，产生不同频率和幅度的脉冲信号。
4. 使用示波器观察并记录二极管的正向特性曲线。
实验数据处理：1. 根据实验记录的数据，绘制出二极管的正向特性曲线。
2. 分析曲线的变化趋势，计算出二极管的正向电压-电流关系。
3. 对实验数据进行统计和分析，得出结论。
实验结果：通过实验测量和分析，我们得到了pn结二极管的正向特性曲线。
曲线呈现出指数增长的趋势，当正向电压增大时，电流也随之增大。
在一定电压范围内，二极管呈现出非线性的特性，随着电压的增大，电流增大的速度逐渐减缓，最终趋于饱和状态。
结论：通过本次实验，我们深入了解了pn结二极管的正向特性，掌握了二极管正向电压-电流关系的规律。
实验结果表明，在正向电压作用下，二极管的导通特性受到电压的影响，电流随电压呈指数增长的趋势，最终趋于饱和状态。
实验总结：本次实验通过测量和分析，深入掌握了pn结二极管的正向特性曲线，了解了正向电压对二极管导通特性的影响。
实验结果对于我们进一步理解和应用pn结二极管具有重要的意义。
PN结特性测试实验指导书Z1703
6
附录：实验数据记录表格样式（供参考）
附表 1 玻尔兹曼常数测试实验数据记录表
T 30C
T XX C
U (mV )
300 310 320 „„ 400 410 420 „„ 500 510 520 „„ 600 610 620 „„
I (nA)
ln I
I (nA)
ln I
5
PN 结特性测试实验指导书 附表 2 PN 结温度特性测试实验数据记录表( I F
300K ）时， kT / q ≈0.026V ，而 PN 结正
向电压降约为十分之几伏，则 e qU / kT >>1，于是有：
I I 0 exp( qU / 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（2）式可以 求出 q / kT 。在测得温度 T 后，就可以得到 q / k 常数，把电子电量 q 作为已知量代入，即可求 得玻尔兹曼常数 k 。（ q
七、参考资料
［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第 7 版）.北京：电子工业出版社. 2008. ［2］（美） Donald A.Neamen 著，赵毅强等译. 半导体物理与器件（第 3 版）. 北京：电子工 业出版社. 2005. ［3］黄昆，谢希德.半导体物理学. 北京：科学出版社. 1958.
4
PN 结特性测试实验指导书
接触，并防止剧烈碰撞。
六、思考练习题
1．为什么不直接用半导体硅二极管，而是用半导体硅三极管，并将其 B 极与 C 极短接来做被 测样品？ 2. 为什么说，在实际测量中，二极管的正向 I
U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的
常数 k 往往偏小？ 3. 为获得较为准确的 V T 实验数据，在测量操作时应该注意些什么？
pn结的特性实验报告
pn结的特性实验报告本实验中不使用硅二极管进行测量，而是将硅三极管的集电极c 与基极 b 短接代替PN 结进行测量．此时集电极电流只包含扩散电流，而耗尽层复合电流主要在基极 b 出现，测量集电极电流时不包括它。
若实验时选取性能良好的硅三极管，并处于较低的正向偏置，则表面电流的影响可以完全忽略。
实验过程1、测量PN 结正向电流I 与正向电压U 的关系（1）搭建如图所示实验装置，将三极管与温度传感器浸没在盛有油的试管中，将试管与加热器浸没在盛满水的烧杯中，将磁性转子放置在烧杯底部，用铝盖板盖住烧杯，接通电源。
（2）测量室温T ，粗测PN 结正向电压U 1与正向电流I 放大后对应的电压U 2之间的关系，观察是否有饱和现象，根据粗测结果确定细测时U 1的取值范围。
（3）保持温度T 不变并且记录T 的值，测量室温下PN 结正向电压U 1电压U 2之间的关系。
（4）计算正向电流I ，分别作I-U 与lnI-U 图像，并分别对I-U 图进行幂函数拟合与指数函数拟合，对lnI-U 图进行线性拟合，分析各拟合方式得出经验公式并计算玻尔兹曼常数k 。
2、测量PN 结正向电流I 及正向电压U 与温度T 的关系（1）在室温的基础上，升高温度3-5K ，记录PN 结正向电压U 1与电压U 2相对未升温时细测数据的变化，分析相同正向电压U 1对应的电压U 2的变化规律，相同电压U 2对应的正向电压U 1的变化规律，选择合适的正向电压U 1与电压U 2的大小作为实验常数,。
（2）逐渐升高温度T （最终与最初之间的温差不小于30K ），测量相同正向电压U 1对应的电压U 2，相同电压U 2对应的正向电压U 1，计算正向电流I 。
（3）根据理论选取合适函数对实验数据进行拟合，计算0K 时PN 结材料的禁带宽度E 。
注意事项（1）搭建实验装置时要注意将试管的油面控制在烧杯的水面下方，以便充分热交换。
（2）本实验仪器加热装置设计为将水加热至所设定的温度，然而由于加热装置的余热使水最终热平衡的温度会再升高1K 左右，测量数据时要等待达到热平衡后再测量。
PN结的特性研究
PN结的特性研究摘要：形成PN结的最普遍方法是杂质扩散。
PN结内部由于交界面处存在载流子浓度的差异，导致电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
扩散形成内建电场从而阻止扩散使PN结内部载流子运动达到动态平衡。
PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。
PN结在正偏电压情况下，势垒高度减少，使空穴和电子更容易穿越耗尽层从而形成电流。
而当PN结上加的反向电压时，势垒高度增加，阻碍了载流子向对方扩散，因此，通过PN结的电流非常小，结的阻抗很高。
所以PN结具有单向导电性，又称整流特性。
但是当反向偏压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿。
反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。
PN结是许多微电子和光电子器件的核心部分。
这些半导体器件的电学特性及光电特性由PN结的性质所决定，而这些器件在辐射环境下将出现辐射损伤导致性能退化，其根本原因是辐射在PN结内引入缺陷。
PN结电压随温度变化十分灵敏，电压随温度线性的减少。
这一特性被用来精确测温和控温。
关键字：PN结、少数载流子、电容效应、辐射效应、温度特性、击穿特性1 引言在一块本征半导体中，掺以不同的杂质，使其一边成为Ｐ型，另一边成为Ｎ型，在Ｐ区和Ｎ区的交界面处就形成了一个ＰＮ结。
当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。
Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。
这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。
在这个区域内，多数载流子或已扩散到对方，或被对方扩散过来的多数载流子(到了本区域后即成为少数载流子了)复合掉了，即多数载流子被消耗尽了，所以又称此区域为耗尽层，它的电阻率很高，为高电阻区。
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(2)
三
实验原理
将（2）式代入（1）式，两边取对数可得：
k C kT r VF Vg ( 0 ) ( ln )T ln T V 1 Vn1 q IF q
(3)
忽略非线性因素影响，则在恒流供电条件下，PN结的 VF对T的关系为线性关系，即正向压降随温度升高而线 性减小，这就是PN结测温的理论依据。
PN结正向电压温度特性研究
南昌航空大学
大学物理实验国家示范中心
目录
一 3 二 三 3 四 五
背景介绍
实验目的
实验原理 操作指南
数据处理
一 3
背景介绍
温度传感器
• 常用的温度传感器有热电偶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 度变化的曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN结
四
操作指南
请严格按照步骤顺序进行操作！
四
操作指南
4．测定ΔV-T 曲线 ： 开启加热电流（指示灯亮），调节加 热电流（置于4-7档）进行变温实验，并 记录对应的ΔV 和T 。采用ΔV每改变10mv 立即读取一组ΔV 、T 值。 应该注意：在整个实验过程中要注意 升温速率要慢，且温度不宜过高，最好 控制在120℃ 以内。
VF V g ( 0 )
k C ( ln )T q IF
三
实验原理
VF V g ( 0 )
k C ( ln )T q IF
S k 截距Vg (0)
VF V g ( 0 ) S T
y bkx
四
操作指南
四
操作指南
1、实验系统接线,将加热电流置于0档。 2、打开仪器开关，此时测试仪上将显示 出室温 。与标准温度计上的指示值相 比较，若不准确调节温度校准旋钮，使 测试仪上显示的温度与标准温度计相同。 记录下起始温度 。
N型半导体
三
实验原理
理想的PN结的正向电流和正向压降存在如下近关 系式： qVF I F Is exp( ) (1) kT 其中q为电子电荷；k为玻尔兹曼常数；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 带宽度以及温度有关的系数，可以证明:
qVg (0) I s CT exp( ) kT
四
操作指南
4．测定ΔV-T 曲线 ： 开启加热电流（指示灯亮），调节加 热电流（置于4-7档）进行变温实验，并 记录对应的ΔV 和T 。采用ΔV每改变10mv 立即读取一组ΔV 、T 值。 应该注意：在整个实验过程中要注意 升温速率要慢，且温度不宜过高，最好 控制在120℃ 以内。
四
操作指南
五
材料的禁带宽度；
3、学习PN结测温的方法。
实验原理:
PN结是半导体器件的核心。
P型半导体--以空穴为主要的载流子。 N型半导体—以电子为主要的载流子。
PN结--P型半导体和N型半导体相接触
时，在接触处形成的特殊电场区域。
三
实验原理
三
实验原理
正向压降VF PN结
正向电流IF
P型半导体
空间电荷区
数据处理
1、求被测 结正向压降随温度变化的 灵敏度 S(mV/℃) 。 以 T为横坐标， ΔV 为纵坐标， 作 ΔV-T曲线，其斜率就是灵敏度S 。
五
数据处理
VF Vg (0) S T
注意：计算时温度为开尔文温度！
五
数据处理
3.思考题
注意事项： • 1、电源开关打开后，检查加热电流 是否置于零档。实验完成后，将加热 电流置于零档。 • 2、“测量选择”开关拨动要轻，以 免损坏。