PN结正向压降温度特性的研究

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PN结正向压降温度特性的研究

引言

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面处所形成的空间电荷区，被称为PN结。PN结的基本电学特点是具有单向导电的整流性质。尽管目前半导体器件种类繁多、发展迅速，但其中相当大的一部分与PN结有关。例如普通的二极管就是由一个PN结装上两根电极制成的，三极管是由两个PN结构成的。至于半导体集成电路，则大多是将二极管、三极管等半导体做在同一块半导体小片上。PN结温度传感器是利用二极管、三极管PN结的正向压降随温度变化的特性制成的温度敏感器件。在低温测量方面，它有体积小、响应快、线性好和使用方便等优点，所以在电子电路的过热和过载保护、工业自动控制领域的温度控制和医疗卫生的温度测量等方面有着广泛的应用。

Different doping processes are used to make P-type semiconductor and N-type semiconductor on the same semiconductor (usually silicon or germanium) substrate through diffusion, and the space charge region formed at their interface is called PN. Knot. The basic electrical feature of the PN junction is the rectification property of unidirectional conduction. Although there are many types of semiconductor devices and rapid development, a considerable part of them is related to PN junctions. For example, an ordinary diode is made of a PN junction with two electrodes, and a triode is made of two PN structures. As for semiconductor integrated circuits, most semiconductors such as diodes and triodes are made on the same semiconductor chip. The PN junction temperature sensor is a temperature sensitive device made of the characteristics of the forward voltage drop of the PN junction of diodes and triodes that change with temperature. In terms of low temperature measurement, it has the advantages of small size, fast response, good linearity and convenient use, so it has a wide range of applications in overheating and overload protection of electronic circuits, temperature control in the field of industrial automatic control, and temperature measurement in medical and health care.

• 实验目的：

1、了解PN结正向压降随温度变化的物理原理。

2、在恒流条件下，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结材料的禁带宽度。

3、学习用PN结测温的方法。

• 实验原理

根据半导体理论，理想PN结的正向电流和正向压降之间存在如下的近似关系：（1），式中，q为电子电量；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；为反向饱和电流，是一个与PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明：（2），式中，C是与结面积和掺杂浓度有关的常数；γ在一定条件下也是常数；是绝对零度时PN结的导带底和价带顶的电势差。（1）（2）取对数得（3）。该式子即为PN结正向压降作为电流和温度的函数表达式。

• 实验器材：

热学综合实验平台、PN结传感器、加热井、温度传感器特性实验模板。

• 实验步骤：

1、按实验接线图（如下）接好线，打开实验平台的电源。

2、按下图所示将平台界面的各个模块调出使用。

3、将直流恒流源Ⅰ的读数调节为0.05mA。

4、记录室温以及对应的。

5、先在控温器的“设置温度”处将温度设置为40，再点击其下方的“确定”按钮后设置完成。等待加热至设置温度后，点击平台右上方数据记录表格下的“记录”按钮，仪器会自动地把当前温度下数字电压表Ⅰ的读数（也就是PN结的正向压降）记录在相应表格中。

6、依次设置PN结温度为40℃、50、60、70、80、90、110，测量不同温度下的PN结的，并记录在相应表格中。

7、点击“作图”按钮，系统会自动拟合出PN结正向压降随温度变化的曲线图，并计算斜率。此斜率即为PN结温度传感器的灵敏度。强。

• 数据记录：

• 数据处理：

七、误差分析：
1、加热样品室时可能受热不均匀，温度示数与实际温度有误差。

2、实验仪器对温度的灵敏度不高，对温度的示数有延迟。