pn结正向压降温度特性研究
实验12PN结正向压降与温度关系的研究
实验12 PN 结正向压降与温度关系的研究随着半导体工艺水平的不断提高和发展,半导体PN 结正向压降随温度升高而降低的特性使PN 结作为测温元件成为可能,过去由于PN 结的参数不稳,它的应用受到了极大限制,进入二十世纪七十年代以来,微电子技术的发展日趋成熟和完善,PN 结作为测温元件受到了广泛的关注。
温度传感器有正温度系数传感器和负温度系数传感器之分，正温度系数传感器的阻值随温度的上升而增加，负温度系数传感器的阻值随温度的上升而减少，热电偶、热敏电阻，测温电阻属于正温度系数传感器，而半导体PN 结属于负温度系数的传感器。
这两类传感器各有其优缺点，热电偶测温范围宽，但灵敏度低，输出线性差，需要设置参考点；而热敏电阻体积小，灵敏度高，热响应速度快，缺点是线性度差；测温电阻如铂电阻虽然精度高，线性度好，但灵敏度低，价格高。
相比之下，PN 结温度传感器有灵敏度高，线性好，热响应快和体积小的优点，尤其在数字测温，自动控制和微机信号处理方面有其独特之处，因而获得了广泛的应用。
一.实验目的1． 了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系，测定PN 结F F V I -特性曲线。
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 （exp 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 。
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结正向压降温度特性的研究
PN 结正向压降与温度特性的研究0419 PB04204051 刘畅畅实验目的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PN 结正向压降是有关电流和温度这两个量的函数表达式，它是PN 结温度传感器的基本方程。
令F I ＝常数（实验中取50F I A μ=），则正向压降只是温度的函数，即其只随温度而变化，且在一定的范围内是线性的关系。
而且其线性关系比较好，但当温度变化范围较大时，温度响应的非线性误差将有所递增。
根据V T ∆-的曲线斜率便可以算出PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S ()/mV C 。
在忽略非线性误差后可以估算被测PN 结材料的禁带宽度()()00g g E qV =电子伏。
数据处理与分析一．测量实验初始状态开启测试仪电源，预热10～15分钟。
将“测量选择”开关K 拨到F I ，用“F I 调节”旋钮使显示屏上的示数为50A μ，此时50F I A μ=。
将K 拨到F V ，记下F V 的值。
再将K 拨到V ∆档，用“V ∆调零”旋钮使0V ∆=。
测得的数据记录如下： 实验起始温度：16.5Ts C = 工作电流：50F I A μ=起始温度为Ts 时的正向压降：()641F V Ts mV =二．测定V T∆-曲线，并求得灵敏度S∆-曲线的斜率即为PN结正向压降随温度变化的灵敏度S。
V T1．升温过程打开控温电流，使其由0.1A开始缓慢增大，最大不要超过0.7A。
记录下F V每变化（减小）10mV所对应的温度值T。
测得的数据记录如下：C T16.521.1得到升温过程的V T ∆-图：-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20020 V /m VLinear Regression for Data1_B: Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------ A 31.65452 0.1919 B -1.97965 0.00285------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------ -0.99998 0.3434 19 <0.0001------------------------------------------------------------从以上数据中可以得到： 斜率B= 1.97965/mV C - 线性拟合相关系数0.99998R =-即：PN 结正向压降随温度变化的灵敏度 1.97965/S mV C =-T/C斜率的标准差为：()31.979653.0310/mms ms mV C-==-∴=-⨯所以PN结正向压降随温度变化的灵敏度最终结果是：()1.97970.0030/S mV C=-±2．降温过程关闭控温电流，打开样品室，使其自然冷却。
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实验报告：PN结正向压降与温度关系的研究实验摘要：本实验旨在研究PN结正向压降与温度之间的关系。
通过改变PN结的温度，测量对应的正向压降，并分析得出结论。
实验结果表明，PN结的正向压降与温度呈正相关关系。
引言：PN结是半导体器件中的重要组成部分，其正向压降是衡量PN结导通能力的重要参数。
正向压降与温度之间的关系对于理解和优化半导体器件的性能具有重要意义。
因此，研究正向压降与温度之间的关系对于半导体器件的应用具有重要的理论和实际意义。
实验材料和方法：1.实验材料：PN结样品、测量仪器（包括数字万用表、恒流源等）。
2.实验方法：a.搭建实验电路，将PN结样品连接到恒流源，设置合适的电流值。
b.测量不同温度下PN结的正向压降，记录实验数据。
c.对实验数据进行处理和分析，得出结论。
实验结果：在实验过程中，我们固定了恒流源的电流值为I=10mA。
通过改变PN结的温度，在不同温度下测量了对应的正向压降数据，将实验数据整理如下：温度(℃)正向压降(V)250.6300.65350.68400.7450.72500.75550.78600.82讨论和结论：实验结果表明，PN结的正向压降与温度呈正相关关系。
这可能是由于温度升高导致了载流子在PN结中的增加，进而导致了正向电流的增加，从而使正向压降增加。
此外，温度升高还可能导致半导体材料的电阻变化，进而影响了正向压降。
综上所述，通过对PN结正向压降与温度关系的研究实验，我们发现正向压降与温度呈正相关关系。
这对于理解PN结的导通特性和优化半导体器件的性能具有重要意义。
附录：实验数据表格温度(℃)正向压降(V) 250.6300.65350.68400.7450.72500.75550.78。
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
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结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究
PN结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究PN结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究随着半导体元件的不断发展，越来越多的应用场景需要对PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性有更深入的了解。
本文将通过理论分析和实验验证的方式，对这两个特性进行详细研究。
首先，我们来看PN结正向压降温度特性。
PN结的正向压降是指在正向偏置的情况下，PN结两端的电压降。
正向压降与PN结内的载流子浓度有关，载流子浓度越高，正向压降越小。
同时，温度的变化也会对正向压降产生影响。
一般来说，正向压降随着温度的升高而减小。
这是因为在高温下，载流子浓度会增加，使得PN结内电场的分布变得更加均匀，从而减小了正向压降。
但是，在非常高的温度下，由于载流子的热激发效应，反向偏置电压也会增加，进而导致正向压降的增加。
因此，在设计半导体元件时需要考虑温度对正向压降的影响。
其次，我们来看PN结的正向伏安特性。
正向伏安特性描述了PN结在正向偏置下的电流与电压之间的关系。
根据欧姆定律，正向电流与正向电压成正比，即I = Is * (exp(qV / (nkT)) - 1)，其中I为正向电流，V 为正向电压，Is为逆饱和电流，q为电子电荷量，k为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，n为器件的非理想因子。
从这个公式可以看出，正向电流与温度成正比，也就是说，随着温度的升高，正向电流也会增加。
这是因为在高温下，载流子的热激发效应增强，使得正向电流增大。
但是，需要注意的是，当温度达到一定值时，PN结可能会因为过热而损坏。
为了验证以上理论分析，我们进行了实验研究。
首先，我们搭建了一个实验平台，用来测试PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性。
实验中，我们分别采用了不同的温度和正向偏置电压，测量了PN结两端的电压和电流。
实验结果与理论分析基本吻合，验证了我们的理论模型的准确性。
综上所述，PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性对于半导体元件的设计和使用非常重要。
了解这两个特性的变化规律可以帮助我们选择合适的工作温度和正向偏置电压，以确保半导体元件的正常工作。
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。
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元件之一，广泛应用于电子设备中。
对于PN结而言，正向电压是指在N端施加电压，P端接地的情况下，PN结两侧产生的瞬态电势差。
正向压降与温度的关系是一种重要的研究内容，对于器件的设计、应用和性能分析具有重要意义。
首先，正向压降与温度的关系是一种热特性，通常称之为“温度特性”，其研究方法可以采用实验测量和理论分析相结合的方法。
实验测量是获得PN结正向压降与温度关系的重要手段之一、通过在不同温度条件下测量PN结的正向压降，可以获取一系列数据点，再通过拟合得到正向压降与温度之间的关系曲线。
实验测量需要一定的实验设备和条件，能够准确地测量出温度对正向压降的影响。
同时，实验测量还可通过改变其他PN结参数（如掺杂浓度、载流子浓度等）来获得更丰富的数据，以分析PN结正向压降与温度的关系。
理论分析是进一步研究PN结正向压降与温度关系的方法之一、理论分析中常使用的方法有热平衡方程法、材料参数逼近法、数值模拟方法等。
热平衡方程法基于能带稳态分布和载流子平衡态下的静态方程求解，可以获得正向压降与温度关系的解析解。
材料参数逼近法则通过拟合输入-输出关系方程，使其能够准确描述温度对正向压降的影响。
数值模拟方法则利用计算机软件对PN结进行建模和仿真，以求解正向压降与温度的关系。
这些方法在不同情况下具有不同的适用性，可供研究者选择使用。
正向压降与温度的关系研究的应用非常广泛。
首先，对于半导体器件设计和制造而言，正向压降与温度的关系是设计和优化器件性能的重要因素。
通过对PN结正向压降与温度关系的研究，可以优化器件的工作温度范围，提高器件的可靠性和稳定性。
其次，正向压降与温度的关系也在故障诊断和可靠性评估中具有重要意义。
对于电子设备而言，正向压降是正常工作的必要条件之一，其异常变化可能导致器件的性能下降或故障。
通过研究和分析正向压降与温度的关系，可以检测出可能存在的故障或偏离工作范围的情况，并采取相应的措施进行修复和改进。
PN结的正向压降温度特性曲线的研究
少年班系07级姓名何栋梁日期2008/11/19 No.PB07000669一、实验名称：PN结的正向压降温度特性曲线的研究86二、实验预习报告：（另附）三、实验原始数据：（见实验预习报告）四、实验数据处理：1、升温时，根据公式)KTT+=,将实验数据中的数.(152730C据转化为国际单位制的数据，将实验的数据做成ΔV-T的曲线，如下图：根据该图，用origin软件处理数据得到少年班系07级 姓名何栋梁 日期2008/11/19 No.PB07000669Linear RegressionY = A + B * XParameter V alueError ------------------------------------------------------------ A611.37548 1.09244 B -2.077270.0032 ------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99998 0.33949 18 <0.0001由上面的数据可以知道直线的斜率K=-2.08mV/K 由公式S F F T dTdV V Vg -=可以得知 S F g KT V V -=,代入数据可得 V g1=[606+2.08×(273.15+21.7)]mV=1.22V2、降温时，同样的处理得到曲线如下：少年班系07级 姓名何栋梁 日期2008/11/19 No.PB07000669Linear RegressionY = A + B * XParameterV alue Error ------------------------------------------------------------ A 621.216342.61604 B -2.10772 0.00768------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99989 0.801818 <0.0001由以上数据可知道，降温时的ΔV-T 的曲线的斜率为K=-2.11mV/K,同样的有：S F g KT V V -=,代入数据可得V g2=[606+2.11×(273.15+21.7)]mV=1.23V 那么由1和2处理得到的数据可以得到V V V V V g g g 225.1223.122.1221=+=+= 至此，我们可以得到PN 结的禁带宽度为E g =qV g 所以 E g =1.225eV ，其相对误差为%67.0%100225.1015.0%1000=⨯=⨯-=g g g E E E d PN 结的温度系数（灵敏度）S 即为ΔV-T 的曲线的斜率 故 S=（-2.08-2.11）/2 mV/K=-2.095 mV/K五、实验结果分析及总结：1、实验结果与理论值之间相差得比较小，实验比较好的得少年班系07级姓名何栋梁日期2008/11/19 No.PB07000669到了PN结的正向压降与温度之间的特性，实验结果比较理想。
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结正向压降温度特性的研究实验报告
PN结正向压降温度特性的研究实验报告实验报告：PN结正向压降温度特性的研究引言：PN结是指由P型半导体和N型半导体的结合处所形成的一个具有整流特性的半导体器件。
在正向偏置的情况下，PN结会产生一个较小的电压降，这主要是由载流子在PN结中的扩散和漂移引起的。
而随着电流的增加，PN结会产生一定的热量，这会导致PN结的温度升高。
本实验旨在研究PN结正向压降与温度的关系，进一步了解PN结的温度特性。
实验目的：1.研究PN结正向压降随温度的变化规律；2.了解PN结在不同温度下的工作情况；3.探究PN结的温度特性。
实验器材：1.PN结二极管；2.恒流源；3.电源；4.温度控制装置；5.万用表。
实验步骤：1.将PN结二极管连接到恒流源和电源上，确保连接正确；2.打开电源，使PN结正常导通；3.利用温度控制装置，逐步增加PN结的温度，记录温度与正向压降之间的对应关系；4.根据实验结果绘制PN结正向压降与温度变化的曲线。
实验结果：温度(摄氏度)正向压降(V)200.7300.68400.67500.65600.64数据处理与分析：根据实验结果，可以观察到PN结的正向压降随着温度的升高而略微减小。
这是由于温度的升高会增加载流子的扩散速度以及PN结内的载流子浓度，使得电流更容易通过PN结，从而使得正向压降减小。
这种现象在实际应用中也被广泛利用，例如在高温环境下，PN结可以更好地工作。
结论：本实验研究了PN结正向压降随温度的变化规律。
实验结果表明，PN结正向压降随着温度的升高而略微减小。
这一结果有助于我们更好地了解PN结的温度特性，并在实际应用中进行合理的设计和选择。
此外，本实验还为进一步研究PN结的温度特性提供了一定的参考和基础。
致谢：感谢实验设备的提供以及一直以来对我们实验工作的指导和支持。
同时，也感谢实验组成员的共同努力和配合，使得实验能够顺利进行并取得实验结果。
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结正向压降与温度特性的研究
PN结正向压降与温度特性的研究PN结是一种由p型和n型半导体材料组成的结构。
当PN结正向偏压时，即正电压加在p端，负电压加在n端，电子会从n端向p端移动，空穴则从p端向n端移动，这样电子和空穴会在PN结内部结合并释放能量。
在正向偏置条件下，PN结中会形成一个正电荷区和一个负电荷区，也即空间电荷区。
在PN结区域的每一个离子，无论是自由电子还是离去的空穴，都会在这个区域创建电场。
这个电场会反向作用于电流移动的电荷，并在PN结上产生一个电势垒。
电势垒的形成与正向压降息息相关。
PN结正向压降与温度特性是很重要的研究方向。
首先，正向压降对于PN结的工作状态和性能有直接影响。
正向压降与电流的关系可以用理想二极管方程来描述，即正向电流与正向压降成正比。
研究正向压降对于理解PN结的电流特性和其在电子器件中的应用具有重要意义。
其次，温度也会对PN结的电流特性产生影响。
随着温度升高，PN结中激发的载流子会增多，这样在相同的正向压降下，电流会增加。
此外，温度的变化还会引起PN结的电容特性改变，这对于高频应用和射频器件设计具有重要意义。
针对PN结正向压降与温度特性的研究，可以从以下几个方面入手：首先，可以通过实验手段来研究PN结正向压降与温度的关系。
可以设计合适的实验装置，通过改变温度和正向压降的大小，测量PN结中的电流变化情况。
可以制备不同结构和材料的PN结样品，来研究不同条件下的正向压降与温度特性。
实验结果可以通过绘制电流-电压曲线和温度-电流曲线的方式进行分析，得出PN结正向压降与温度的关系。
其次，可以通过理论模型来研究PN结正向压降与温度特性。
可以使用PN结的等效电路模型，结合材料的能带理论和扩散电流理论，建立PN结正向电压与电流的关系。
可以通过改变温度参数，得到PN结正向压降与温度的变化规律。
这样的理论研究可以为实验结果提供合理的解释，并为PN结在电子器件设计中的应用提供理论指导。
最后，可以通过数值模拟的方法来研究PN结正向压降与温度特性。
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。
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实验 pn 结正向压降温度特性研究
【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、在恒定正向电流下,测绘pn 结正向压降随温度变化曲线,并由此确定其灵敏度.
3、学习用pn 结测温的方法.
【实验仪器】
1、DH-PN-1型pn 结正向压降温度特性实验仪
【实验原理】
1、pn 结
在一块完整的硅或锗上用不同的工艺掺入杂质,使得其一半成为P 型半导体,而另一半成为N 型半导体,那么,在这两种半导体的交界处就会形成pn 结.
在P 型与N 型半导体结合后,由于P 型半导体具有较高浓度的空穴,而N 型半导体具有较高浓度的自由电子,在他们交界处的两边就出现了电子与空穴的浓度差别.从而,电子与空穴都要朝着较低浓度的方向扩散.这种扩散作用,使得在P 、N 交界处之间形成了具有一定大小的扩散电流.
另一方面,由于P 型半导体中空穴的流失,使得P 型半导体中留下了一定量带负电的离子;而N 型半导体中由于电子的流失,使得其中留下了一定量的正离子.由于正负电荷之间的相互作用,使得在交界薄膜中形成了从N 型半导体指向P 型半导体的空间电场.而空间电场的形成使得一部分的空穴与电子沿与扩散相反的方向运动,形成漂移电流.
空穴与自由电子的扩散使得空间电场增强,而空间电场的增强却又抑制空穴与电子的扩散,从而,在一段时间之后,扩散电流将与漂移电流达到动态平衡.而在P 型与N 型半导体的两侧则会留下不能自由移动的离子薄层,而这个离子薄层
在P 、N 半导体交界面附近所构成的过渡区（空间电荷区）, 图1 PN 结 即称为pn 结.
2、pn 结的正向压降温度特性
根据pn 结理论, pn 结的伏安特性可表达如下:
01F qU kT F I I e ⎛⎫=- ⎪⎝⎭
（1-1） 式中F I 为通过pn 结的正向电流, F U 为其正向电压, 0I 为反向饱和电流; q 为电子的电荷量, T 为绝对温度23
1.3810
/k J K -=⨯是玻尔兹曼常量当正向电压0.1F U V >时, 3.9501F
qU kT
e
e ≈≈?,故上式可近似为
0F
qU kT
F I I e
= （1-2）
由式（1-2）得
0ln ln F
qU kT
F I I e
=
⇒ 0ln ln F F qU
I I kT =+
又 0g
qU kT
I BT e
γ-=
⇒ ()ln ln F F g q I BT U U kT γ=+-
ln F g F kT BT U U q I γ⎛⎫=- ⎪⎝⎭
(1-3) 式（1-3）即为pn 结两端正向电压与其温度、通过电流之间的关系.其中, g U 为0K 时材料的导带底与价带顶间的电势差, B 是与温度无关的实验常数, T γ
是与温度有关的函数项, γ为与热激发所引起的电子迁移
率有关的系数.
取F I 为一常数,则（1-3）式转化为通过pn 结的电压F U 与pn 结温度T 之间的关系. 对F U 取一阶导数,得
ln F
F dU k BT q I dT
γγ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭ （1-4） F
dU dT
即代表了F U T -图线的斜率,由（1-4）可以看出, 斜率为负,F U 随温度T 的上升而下降. 对F U 取二阶导数,得
22F d U k qT dT
γ=- （1-5） 其中，23
1.3810
k -=⨯、19
1.6010
q -=⨯,取 3.4γ=,293.15T =得，
262 1.0100F d U k qT dT
γ-=-≈⨯→ 即, F U T -图线的斜率可近似认为一常数, F U T -可近似认为是一条直线. 根据（1-3）式
ln ln ln F g g F F kT kT kT BT B U U U T q I q I q γγ⎛⎫=-=-- ⎪⎝⎭
(1-6) 设,温度为1T 时,电势差为1U
1
1
11ln ln g F
kT kT B
U U T q
I q
γ=-
-
又 ln ln g F F kT
kT B
U U T q
I q
γ-=+
得 ()
1
1
11ln g g F T kT T U U U U T
q T γ
⎛⎫
=---
⎪⎝⎭
(1-7) 由上推导可知, F U 应与T 呈线性关系,故设
()(
)11F
F U U T U T T T ∂=+
-∂
()1()g
F
F U U k U T T T q
γ-=--- ()(
)1
1g
F F U
U T k U T T T q γ
-=-
-- (1-8)
令 ()()11111ln kT T k U U T U T T q q T γ
γ⎛⎫
=-=--+ ⎪⎝⎭
V (1-9) 设300T K =、1310T K =，取 3.4γ=可得0.048U mV =V ,而相应的正向压降则改变了20mV ,差值约为417倍,相比之下,误差甚小.不过当温度变化过大之后F U T -图线的线性误差将有所递增.
由于F U 与T 呈很好的线性相关性,故可利用F U 的细微变化来测量当前环境的温度.这也是温敏二极管测温的基本原理.
【实验步骤】
1、打开pn 结正向压降温度特性实验仪并调节加热电流值为零,记录起始温度.
2、将“测量选择”开关调节到F I 档,调节F I 旋钮,使得面板上F I 的值为零.
3、将“测量选择”开关调节到F U 档,记下初始时的F U 值.
4、将“测量选择”开关调节到U V ,调节调零旋钮,使得0U =V .
5、调节加热电流为0.500A ,并记录所对应的U V 和T 值.当U V 每改变10mV 时记录一次T 值.直到pn 结温度达到大约100℃为止.
6、画出U T -V 图像,并求被测pn 结正向压降随温度变化的灵敏度()/S mV ℃. 8、估算被测pn 结材料的禁带宽度g g E qU =.
9、实验结束,收拾仪器.
注意事项
1、加热装置的温升不应超过120℃,长期的过热使用,将造成接线老化,甚至脱焊.
2、加热电流不应大于0.500A ,若长期使加热电流过大,会使得仪器未来的加热效率变低.
3、使用完毕后即应切断电源,以避免长时间加热引起的安全事故.
【实验数据整理】
表一：-U T V 测量数据
其中,初始正向电压0667U mV =.
【数据处理过程及结论】
数据处理
1、根据数据,画出U T -V 图像如下
d e t U
T
通过线性拟合,得到 2.0337.75U T =-+V ,2
0.99995R =
2、由 2.0337.75U T =-+V 得到被测pn 结正向压降随温度变化的灵敏度为： 2.03/S mV =-℃.
3、被测pn 结材料的禁带宽度
()0g g E qU q U S T ==-V
[667 2.03(18.2273.15)]q =+⨯+
1.26eV ≈
实验结论 1、通过本次实验,测得pn 结两端正向电压与其上的温度变化呈很好地线性关系.判断是因为温度升高导致P 、N 型半导体更容易激发出空穴与自由电子.加正向电压时,由于载流子浓度的上升,使得漂移作用更加明显,
pn 结的导电能力增强.宏观上表现为pn 结的电阻降低,故在相同的正向电流F I 下,温度上升将导致pn 结的
正向电压F U 下降.故以此推测:由于在温度过高的情况下, pn 结内载流子浓度的迅速增加（温度上升,使得空穴与自由电子的运动速度上升,在一定程度后,它们将有足够的能量撞击半导体分子,使得共价键被破坏,逸出更多的电子）,这将导致pn 结的正电压迅速下降,故原理中的线性推导在温度过高时将不在适用,则温敏二极管不能准确测量较高的温度.
2、通过本次实验,测得待测pn 结正向压降随温度的变化关系具体可表示为
2.0337.75U T =-+V
其正向电压随温度变化的灵敏度 2.03/S mV =-℃.
3、通过本次实验测得被测pn 结材料的禁带宽度 1.26g E eV ≈.。