半导体二极管及其基本特性

结
正
样品架
向
电 样品架结构如右图所 示。其中A为样品室，是
压 一个可卸的筒状金属容器。 温 待测PN结样管和测温元件
均置于样品座B上，其管
度 脚通过高温导线分别穿过 特 两旁空心细管与顶部插座
P1连接。被测PN结的温
性 度和电压信号通过P1插件 的专用线输入测试仪。
研
究
样品架
结
正 向
引线架
电
压
温
性
温，等降到室温后，再开启测试仪电源进行实验 。
研
究
温 注意事项：
度 接线时，两根线均为直插 特 式，务必先对准插头与插座的
凹凸定位标记，再按插头的紧
性 线夹部位将其插入。拆线时， 应拉插头的可动外套，决不可
研 左右转动，否则会拉断引线影 响实验。
究
仪器连线
结
正 仪器调整：
向 调整步骤： 电 1．打开测试仪电源（电源开关在机箱后面），预热10分钟。
度
特
性
研
究
结 正 向 TH-J型PN结正向压降温度特性测试仪 电 压 温 度 特 性 研 究
结
正 实验内容： 向 从室温开始，测量PN结正向电压增量 与温度t的关系曲线。 电 数据处理： 压 1．以 t 作横坐标， 作纵坐标，作 t - 图线。
在直线上取两点，采用两点式求斜率的方法，计算
温 PN结温度传感器灵敏度S。
PN 结正向电压温度特性研究
大学物理实验讲义 中国地质大学物理教研室
2006.春
结
正 向 实验目的：
电 • 1． 了解PN结正向电压随温度变化的基
压 本规律。
温
• 2． 测绘恒流条件下PN结正向电压随温 度变化的关系图线。
度 • 3． 确定PN结的测温灵敏度和被测PN结
特 材料的禁带宽度 。
性
研
究
内电场
结
正
向 •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
电 关系式：
压
（1）
温 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
度 系数。可以证明： （2）
特
式中C是与PN结的结面积、掺杂浓度等有关的常数，k
向
PN结材料的禁带宽度Eg（0）定义为电子的电量q与热力
电 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
压 由公式（4），可得
温
度 当t = tR时，T=273.2+t，VF=VF（tR）有
特
性
所以，
（6）
研
究
结
正 仪器介绍： 向
电
压
温
度
特
性
研
究
TH-J型PN结正向压降温度特性实验组合仪
研
究
结
正 3．PN结测温原理和温标转换
向
对给定的PN结材料，在允许的温度变化区间内，在
电
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
压 性下降。即
温
这就是PN结测温的依据。
度
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。
结
正 实验原理：
向 1. PN结的形成
电 浓度差
压 温 多子扩散运动
度 空间电荷区
特来自百度文库性 内电场
研 究
少子漂移运动
电子扩散方向
N
+++ +++
+ +
---
-
-
P
++++ -- - -
++++ -- - -
空穴扩散方向
动态平衡
空间电 荷区
++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - ++++ -- - -
性 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
研 于给定的PN结材料，Vg（0）是一个定值。
究
结
正
向 将公式（2）代入公式（1），两边取对数，整理后可得： 电
压
（3）
温 其中
度
特
，
性
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。
度 2．计算Vg(0) 特
性 3．计算PN结材料的禁带宽度 利用计算出的Vg(0)和S值， 研 求Eg(0) ，并与其公认值1.21eV比较，求相对误差。 究
结
正 操作指导： 向 连线步骤： 电 1．用电缆将样品架的P1孔与
测试仪的信号输入孔相连。
压 2．用电缆将样品架的P2孔 与测试仪的加热电源孔相。
2．将测量选择开关K拨向IF，调节IF调节旋钮，使IF=50mA。
压 3．将测量选择开关K拨向VIF，记录室温下的电压VIF值。 4．将测量选择开关K拨向 ，调节 调零旋钮，使 =0。
温
注意事项：
度
如果前一位同学刚做完实验，样品室温度远
特
高于室温时，应先关闭加热电源和测试仪电源， 将样品室埋入盛有冰水（少量水）的杜瓦瓶中降
特
即 T=273.2+t 令VF在室温时的值为VF（tR）,则在TK时VF的
性 值为
研
代入公式（3），有
究
结
正
设t=tR 0C时，令 =0，则有
向
（4）
电
而对于其它温度t0C有
压
温
定义
度
特
为PN结温度传感器灵敏度，则有
或
（5）
性 这就是PN结温度传感器在摄氏温标下的测温原理公式。
研
究
结
正 4． 确定PN结材料的禁带宽度