成都信息工程学院
物理实验报告
姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号：
6KdMcTLJ9gb5E2RGbCAP 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师：
6KdMcTLJ9gp1EanqFDPw 【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>
当
时,(1>式括号内-1项完全可以忽略，于是有：
(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.在测得温度
后，就可以得到
，把电子电量
关系值，则利用(1>式可以求出
作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数.
实验线路如图1所示.6KdMcTLJ9gDXDiTa9E3d 1 / 7
1MeTIP31b723+15V6TIP31bce1.5V100ΩV1c-+LF35648765-15VV2LF3561234图1 PN结扩散电源与结电压关系测量线路
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
为电流-电压变换器等效输入阻抗.6KdMcTLJ9gRTCrpUDGiT Rf-+IsKoU0IsZrUi图2 电流－电压变换器
运算放大器的输入电压为：
(3>
式(3>中<
为输入电压，为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻时的电压增益
称反馈电阻）.因而有：
(4>
由<4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗
为
(5>
由(3>式和(4>式可得电流-电压变换器输入电流与输出电压之间的关系式，即：
2 / 7
(6>
只要测得输出电压3、PN结的结电压
和已知值，即可求得值.
与热力学温度关系测量.
），由半导体理论可得
与
的近似关系：
当PN结通过恒定小电流<通常
(7>
式中度
.硅材料的
为PN结温度传感器灵敏度.由约为1.20
.
可求出温度0
时半导体材料的近似禁带宽
【实验内容】
<一）
关系测定，并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数<
和相应电压达到饱和(
） .
的值约从
至
1、在室温情况下，测量三极管发射极与基极之间电压范围，每隔
测一相应电压
的数据，至
变化较小或基本不变>.在记录数
据开始和结束时都要记录下变压器油的温度，取温度平均值.6KdMcTLJ9g5PCzVD7HxA 2、改变干井恒温器温度，待PN结与油温一致时，重复测量果进行比较.
3、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法将实验数据代入指数函数和值.
4、玻尔兹曼常数.利用
，把电子电量作为已知值代入，求出并与玻尔兹曼常数公认
.求出相应的
和
的关系数据，并与室温测得的结
R1V1RTR2R43VV2RV2图3 图4
3 / 7