pn結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系的研究和應用

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1、PN結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系的研究和應用一、實驗簡介:眾所周知,常用于溫度的傳感器有熱電偶,測度電阻器和熱敏電阻,紅外測溫儀等。其中,PN結(jié)溫度傳感器具有靈敏度高,線性好,響應快易于集成化等,其他傳感器無法比擬的優(yōu)點,工作溫度范圍一般在-50℃~150℃靈敏度可達100MV/℃。而本實驗PN結(jié)只有2.2MV/℃左右。二、實驗目的:1.了解PN結(jié)正向壓降隨溫度變化的基本關(guān)系式。2在恒流條件下,測繪PN結(jié)正向壓降隨溫度變化曲線并由此確定其靈敏度和被測PN結(jié)材料的禁帶寬度。3.學習用PN結(jié)測溫度的方法。三、實驗原理:人們將高價元素(例如:P)摻雜到硅材料中,由于磷元素多電子,使材料主要以電子導電

2、稱P型半導體,將三價的硼元素摻雜到硅材料中使材料中出現(xiàn)大量空穴稱N型半導體材料。將P型材料同N型材料粘合在一起由于電子和空穴的擴散復合形成PN結(jié)。PN結(jié)正向壓降作為電流和溫度函數(shù)的表達式:其中:Vg(0)――絕對零度時PN結(jié)材料的導帶底和價帶頂?shù)碾妱莶?。q――電子的電荷。K――玻爾茲曼常數(shù)。T――絕對溫度。If――PN結(jié)中正向電流。――常數(shù)。VF中非線性項較小,(低溫下)可忽略工其影響,而認為在恒流供電條件下PN結(jié)的VF對T的依賴關(guān)系取決線性項,即正向壓降幾乎隨溫度升高而線性下降,這就是PN結(jié)測溫依據(jù)。四、實驗裝置:實驗系統(tǒng)由樣品架和測試儀兩部分組成。五、實驗方法和內(nèi)容:1.實驗系統(tǒng)檢

3、查與連接。A、取下樣品室的筒套,查待測PN結(jié)管和測溫元件應分別放在銅座的左右兩側(cè)圓孔內(nèi),其管腳不與容器接觸,然后擰緊筒套。B、控溫電流開關(guān)應放在“關(guān)”的位置,此時加熱指示燈不亮,接上加熱電源線和信號傳輸線。1.VF(TR)的測量和調(diào)零開啟測試儀電源預熱數(shù)分鐘后,將“測量選擇”拔到IF由“IF調(diào)節(jié)”使IF=50微安。將“測量選擇”拔到VF記下VF值,再將“測量選擇”拔置△V由“△V調(diào)零”使△V=02.測定△V-T曲線:開啟加熱電源,按△V每改變10毫伏讀取一組△V,T。這樣可以減小誤差。3.求被測PN結(jié)正向壓降隨溫度變化的曲線的靈敏度Smv/℃(作出△V-T曲線,其斜率就是S4.估算被測

4、PN結(jié)材料硅的禁帶寬度ES(0)=QVg(0)電子伏⊿T=-273.2K結(jié)果與ES=1.21電子伏作比較,求誤差。5.數(shù)據(jù)記錄:實驗起始溫度TS=℃工作電流IF=∪A起始溫度為TS時的正向壓降VF=MV控溫電流A⊿V=VF(T)-VF(TR)mvT℃T=273.2+TK-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110-120二、注意事項與預習:A:注意事項:1.控溫電流不應開始放的過大,應慢慢的加大電流,且不應將電流值加過0.5A。2.“IF調(diào)節(jié)”與“⊿V調(diào)零”確定后,在整個實驗過程中不要再次調(diào)節(jié)。B:預習思考題:1.PN結(jié)正向壓降與溫度的關(guān)系?2.測量時IF=?

5、⊿V=?3.測量時記錄的溫度為K氏溫度還是攝氏溫度?4.實驗加溫時應注意些什么?三、實驗報告的要求:1.實驗題目2.實驗儀器1.實驗原理2.實驗裝置圖與原理分析3.實驗方法與內(nèi)容4.實驗的數(shù)據(jù)分析(作圖、求靈敏度、禁帶寬度)二、附:98021200實驗數(shù)據(jù)分析TS=31.9℃IF=50微安VF=606MV控溫電流A⊿V=VF(T)-VF(TR)mvT℃T=273.2+TK0.1-1035.83090.1-2040.3313.50.2-3044.1317.30.2-4048.7321.90.2-5053.3326.50.2-6057.9331.10.2-7062.6335.80.2-80

6、67.1340.3

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