文档介绍：半导体半导体 PN PN 结的物理特性结的物理特性引言: 引言: 半导体半导体 PN PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。本仪器用物理实验方法,测量础内容之一。本仪器用物理实验方法,测量 PN PN 结扩结扩散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律, 散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律, 并较精确的测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之并较精确的测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。实验目的实验目的??测量半导体测量半导体 PN PN 结电流与电压关系。结电流与电压关系。??测定测定 PN PN 结温度传感器的灵敏度和玻尔兹曼常数。结温度传感器的灵敏度和玻尔兹曼常数。实验仪器简略图实验仪器简略图实验原理实验原理 PN PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知, 可知, PN PN 结的正向电流结的正向电流——电压关系满足: 电压关系满足: 式中, 式中, I I是通过是通过 PN PN 结的正向电流, 结的正向电流, I0 I0是反向饱和电流, 是反向饱和电流, 在温度恒定时, 在温度恒定时, I I为常数, 为常数, T T是热力学温度, 是热力学温度, 是电子是电子的电荷量, 的电荷量, U U为为 PN PN 结正向压降。由于在常温结正向压降。由于在常温 T=300K T=300K 时, 时, kt kt / e / e ≈≈ ,而,而 PN PN 结正向压降约为结正向压降约为的数的数量级,则量级,则 exp exp ,括号内,括号内-1 -1项完全可以忽略,于项完全可以忽略,于是有: 是有: 也即也即 PN PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得测得 PN PN 结结 I-U I-U 关系值,则可以求出关系值,则可以求出 e/kT e/kT 。在测得温度。在测得温度 T T后,就可以得到后,就可以得到 e/T e/T 常数,把电子电量作为已知值常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数。代入,即可求得玻尔兹曼常数。)1e( 0?? kT UII)1e( 0?? kT UII)1e( 0?? kT UII)1e( 0?? kT UII)1e( 0?? kT UII kT UIIe 0? 1e ?? kT U实验线路如图所示实验线路如图所示加在三极管加在三极管 B B, ,E E间的电压间的电压 U1 U1 则通过的电则通过的电流为流为 Ie Ie, ,三极管电流分布满足三极管电流分布满足 Ie Ie= = Ib+Ic Ib+Ic , ,又又因为因为 Ib Ib很小,所以很小,所以 Ie Ie约为约为 Ic Ic;通过理想运;通过理想运放器把放器把 Ic Ic放大成放大成 U2 U2 ,且它们之间满足指,且它们之间满足指数关系,那么数关系,那么 U1 U1 与流过与流过 PN PN 结的电流结的电流 Ic Ic也也满足指数关系。满足指数关系。)1e( 0?? kT UII)1e( 0?? kT UII弱电流测量弱电流测量简介简介过去实验中过去实验中 10-6A ~ 10-11A 10-6A ~ 10-11A 量级弱电流采用光点反射式量级弱电流采用光点反射式检流计测量,该仪器灵敏度较高约检流计测量,该仪器灵敏度较高约 10-9A/ 10-9A/ 分度,但有分度,但有许多不足之处。近年来,集成电路与数字化显示技术许多不足之处。近年来,集成电路与数字化显示技术越来越普及。高输入阻抗运算放大器性能优良,价格越来越普及。高输入阻抗运算放大器性能优良,价格低廉,用它组成电流低廉,用它组成电流- -电压变换器测量弱电流信号,具电压变换器测量弱电流信号,具有输入阻抗低,电流灵敏度高。温漂小、线性好、设有输入阻抗低,电流灵敏度高。温漂小、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点,因而被广泛应用于物计制作简单、结构牢靠等优点,因而被广泛应用于物理测量中。理测量中。 LF356 LF356 是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流成电流- -电压变换器电压变换器( (弱电流放大器弱电流放大器), ),如图所示。其中如图所示。其中虚线框内电阻虚线框内电阻 Zr Zr为电流为电流- -电压变换器等效输入阻抗。电压变换器等效输入阻抗。由图可知,运算放大器的输入电压由图可知,运算放大器的输入电压 U0 U0 为: 为: iUkU 00??电流-电压变换器 U Ui i 为输入电压, 为输入电压, K0 K0 为