PN结正向压降温度特性地地研究实验报告材料

PN结正向压降与温度关系的研究实验报告实验报告：PN结正向压降与温度关系的研究实验摘要：本实验旨在研究PN结正向压降与温度之间的关系。

通过改变PN结的温度，测量对应的正向压降，并分析得出结论。

实验结果表明，PN结的正向压降与温度呈正相关关系。

引言：PN结是半导体器件中的重要组成部分，其正向压降是衡量PN结导通能力的重要参数。

正向压降与温度之间的关系对于理解和优化半导体器件的性能具有重要意义。

因此，研究正向压降与温度之间的关系对于半导体器件的应用具有重要的理论和实际意义。

实验材料和方法：1.实验材料：PN结样品、测量仪器（包括数字万用表、恒流源等）。

2.实验方法：a.搭建实验电路，将PN结样品连接到恒流源，设置合适的电流值。

b.测量不同温度下PN结的正向压降，记录实验数据。

c.对实验数据进行处理和分析，得出结论。

实验结果：在实验过程中，我们固定了恒流源的电流值为I=10mA。

通过改变PN结的温度，在不同温度下测量了对应的正向压降数据，将实验数据整理如下：温度(℃)正向压降(V)250.6300.65350.68400.7450.72500.75550.78600.82讨论和结论：实验结果表明，PN结的正向压降与温度呈正相关关系。

这可能是由于温度升高导致了载流子在PN结中的增加，进而导致了正向电流的增加，从而使正向压降增加。

此外，温度升高还可能导致半导体材料的电阻变化，进而影响了正向压降。

综上所述，通过对PN结正向压降与温度关系的研究实验，我们发现正向压降与温度呈正相关关系。

这对于理解PN结的导通特性和优化半导体器件的性能具有重要意义。

附录：实验数据表格温度(℃)正向压降(V) 250.6300.65350.68400.7450.72500.75550.78。

pn结正向特性实验报告PN结正向特性实验报告引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，具有广泛的应用。

本实验旨在通过实验验证PN结的正向特性，并探讨其相关理论。

一、实验目的：1. 验证PN结的正向电流-电压特性。

2. 探究PN结正向特性与温度的关系。

二、实验原理：PN结是由P型半导体和N型半导体材料组成的结构，其中P型半导体为电子亏损型材料，N型半导体为电子富余型材料。

在PN结中，P区域被称为阳极，N区域被称为阴极。

当PN结正向偏置时，即阳极接正电压，阴极接负电压，电子从N区域向P区域扩散，空穴从P区域向N区域扩散。

这种扩散过程导致PN结两侧电荷分布不均，形成电场。

电子和空穴在电场的作用下向相反方向运动，形成电流。

三、实验步骤：1. 准备实验所需材料：PN结二极管、电源、万用表等。

2. 搭建实验电路：将PN结二极管连接到电源的正极，将万用表连接到二极管的阳极和阴极。

3. 调节电源电压，记录不同电压下的电流值。

4. 将实验温度逐渐升高，重复步骤3。

四、实验结果与分析：实验数据如下表所示：电压（V）电流（mA）0.2 0.010.4 0.030.6 0.050.8 0.071.0 0.10从实验数据可以看出，当电压增大时，电流也随之增大。

这符合PN结正向特性的基本规律。

根据理论知识，当PN结正向偏置时，电流与电压之间存在指数关系。

即电流随电压呈指数增长。

这是因为随着电压的增大，电子和空穴的扩散速度增加，导致电流增大。

此外，实验还发现PN结的正向特性与温度密切相关。

随着温度的升高，PN结的电流-电压特性曲线整体上会右移。

这是因为温度升高会增加载流子的热运动，使得电子和空穴更容易穿过PN结，从而导致电流增大。

五、实验结论：通过本实验，我们验证了PN结的正向电流-电压特性，并探究了其与温度的关系。

实验结果表明，PN结的电流随电压呈指数增长，且随着温度的升高，整体上会右移。

六、实验总结：本实验通过实际测量验证了PN结的正向特性，并深入探讨了其与温度的关系。

实验 pn 结正向压降温度特性研究【实验目的】1、了解pn 结正向压降随温度变化的基本关系式.2、在恒定正向电流下,测绘pn 结正向压降随温度变化曲线,并由此确定其灵敏度.3、学习用pn 结测温的方法.【实验仪器】1、DH-PN-1型pn 结正向压降温度特性实验仪【实验原理】1、pn 结在一块完整的硅或锗上用不同的工艺掺入杂质,使得其一半成为P 型半导体,而另一半成为N 型半导体,那么,在这两种半导体的交界处就会形成pn 结.在P 型与N 型半导体结合后,由于P 型半导体具有较高浓度的空穴,而N 型半导体具有较高浓度的自由电子,在他们交界处的两边就出现了电子与空穴的浓度差别.从而,电子与空穴都要朝着较低浓度的方向扩散.这种扩散作用,使得在P 、N 交界处之间形成了具有一定大小的扩散电流.另一方面,由于P 型半导体中空穴的流失,使得P 型半导体中留下了一定量带负电的离子;而N 型半导体中由于电子的流失,使得其中留下了一定量的正离子.由于正负电荷之间的相互作用,使得在交界薄膜中形成了从N 型半导体指向P 型半导体的空间电场.而空间电场的形成使得一部分的空穴与电子沿与扩散相反的方向运动,形成漂移电流.空穴与自由电子的扩散使得空间电场增强,而空间电场的增强却又抑制空穴与电子的扩散,从而,在一段时间之后,扩散电流将与漂移电流达到动态平衡.而在P 型与N 型半导体的两侧则会留下不能自由移动的离子薄层,而这个离子薄层在P 、N 半导体交界面附近所构成的过渡区（空间电荷区）, 图1 PN 结 即称为pn 结.2、pn 结的正向压降温度特性根据pn 结理论, pn 结的伏安特性可表达如下:01F qU kT F I I e ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（1-1） 式中F I 为通过pn 结的正向电流, F U 为其正向电压, 0I 为反向饱和电流; q 为电子的电荷量, T 为绝对温度231.3810/k J K -=⨯是玻尔兹曼常量当正向电压0.1F U V >时, 3.9501FqU kTee ≈≈?,故上式可近似为0FqU kTF I I e= （1-2）由式（1-2）得0ln ln FqU kTF I I e=⇒ 0ln ln F F qUI I kT =+又 0gqU kTI BT eγ-=⇒ ()ln ln F F g q I BT U U kT γ=+-ln F g F kT BT U U q I γ⎛⎫=- ⎪⎝⎭(1-3) 式（1-3）即为pn 结两端正向电压与其温度、通过电流之间的关系.其中, g U 为0K 时材料的导带底与价带顶间的电势差, B 是与温度无关的实验常数, T γ是与温度有关的函数项, γ为与热激发所引起的电子迁移率有关的系数.取F I 为一常数,则（1-3）式转化为通过pn 结的电压F U 与pn 结温度T 之间的关系. 对F U 取一阶导数,得ln FF dU k BT q I dTγγ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭ （1-4） FdU dT即代表了F U T -图线的斜率,由（1-4）可以看出, 斜率为负,F U 随温度T 的上升而下降. 对F U 取二阶导数,得22F d U k qT dTγ=- （1-5） 其中，231.3810k -=⨯、191.6010q -=⨯,取 3.4γ=,293.15T =得，262 1.0100F d U k qT dTγ-=-≈⨯→ 即, F U T -图线的斜率可近似认为一常数, F U T -可近似认为是一条直线. 根据（1-3）式ln ln ln F g g F F kT kT kT BT B U U U T q I q I q γγ⎛⎫=-=-- ⎪⎝⎭(1-6) 设,温度为1T 时,电势差为1U1111ln ln g FkT kT BU U T qI qγ=--又 ln ln g F F kTkT BU U T qI qγ-=+得 ()1111ln g g F T kT T U U U U Tq T γ⎛⎫=---⎪⎝⎭(1-7) 由上推导可知, F U 应与T 呈线性关系,故设()()11FF U U T U T T T ∂=+-∂()1()gFF U U k U T T T qγ-=--- ()()11gF F UU T k U T T T q γ-=--- (1-8)令 ()()11111ln kT T k U U T U T T q q T γγ⎛⎫=-=--+ ⎪⎝⎭V (1-9) 设300T K =、1310T K =，取 3.4γ=可得0.048U mV =V ,而相应的正向压降则改变了20mV ,差值约为417倍,相比之下,误差甚小.不过当温度变化过大之后F U T -图线的线性误差将有所递增.由于F U 与T 呈很好的线性相关性,故可利用F U 的细微变化来测量当前环境的温度.这也是温敏二极管测温的基本原理.【实验步骤】1、打开pn 结正向压降温度特性实验仪并调节加热电流值为零,记录起始温度.2、将“测量选择”开关调节到F I 档,调节F I 旋钮,使得面板上F I 的值为零.3、将“测量选择”开关调节到F U 档,记下初始时的F U 值.4、将“测量选择”开关调节到U V ,调节调零旋钮,使得0U =V .5、调节加热电流为0.500A ,并记录所对应的U V 和T 值.当U V 每改变10mV 时记录一次T 值.直到pn 结温度达到大约100℃为止.6、画出U T -V 图像,并求被测pn 结正向压降随温度变化的灵敏度()/S mV ℃. 8、估算被测pn 结材料的禁带宽度g g E qU =.9、实验结束,收拾仪器.注意事项1、加热装置的温升不应超过120℃,长期的过热使用,将造成接线老化,甚至脱焊.2、加热电流不应大于0.500A ,若长期使加热电流过大,会使得仪器未来的加热效率变低.3、使用完毕后即应切断电源,以避免长时间加热引起的安全事故.【实验数据整理】表一：-U T V 测量数据其中,初始正向电压0667U mV =.【数据处理过程及结论】数据处理1、根据数据,画出U T -V 图像如下d e t UT通过线性拟合,得到 2.0337.75U T =-+V ,20.99995R =2、由 2.0337.75U T =-+V 得到被测pn 结正向压降随温度变化的灵敏度为： 2.03/S mV =-℃.3、被测pn 结材料的禁带宽度()0g g E qU q U S T ==-V[667 2.03(18.2273.15)]q =+⨯+1.26eV ≈实验结论 1、通过本次实验,测得pn 结两端正向电压与其上的温度变化呈很好地线性关系.判断是因为温度升高导致P 、N 型半导体更容易激发出空穴与自由电子.加正向电压时,由于载流子浓度的上升,使得漂移作用更加明显,pn 结的导电能力增强.宏观上表现为pn 结的电阻降低,故在相同的正向电流F I 下,温度上升将导致pn 结的正向电压F U 下降.故以此推测:由于在温度过高的情况下, pn 结内载流子浓度的迅速增加（温度上升,使得空穴与自由电子的运动速度上升,在一定程度后,它们将有足够的能量撞击半导体分子,使得共价键被破坏,逸出更多的电子）,这将导致pn 结的正电压迅速下降,故原理中的线性推导在温度过高时将不在适用,则温敏二极管不能准确测量较高的温度.2、通过本次实验,测得待测pn 结正向压降随温度的变化关系具体可表示为2.0337.75U T =-+V其正向电压随温度变化的灵敏度 2.03/S mV =-℃.3、通过本次实验测得被测pn 结材料的禁带宽度 1.26g E eV ≈.。

PN结正向压降与温度关系的研究和应用一、实验目的1、了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。

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。

二、实验原理图1 p-n结基本结构价带顶部激发电子到导带相当于共价键上缺少一个电子而出现一个空位置，而在晶格间隙出现一个导电电子。

空状态带有正电荷，叫“空穴”。

空穴能导电，具有有效质量。

**n p m m -=3.PN结的形成当p型半导体和n型半导体接触在一起时,在两者的交界面处存在着一个过渡区,通常称为p-n结.三、实验仪器•TH-J型PN结正向压降与温度关系测量仪•五芯电缆一根四、实验步骤1、实验系统的连接控制电流开关置“关”的位置，此时加热指示灯不亮，接上加热电源线及信号传输线将样品室与仪器相连。

注意定位标记。

拆除时应拉插头外套不可硬拉和转动。

2、V ~T 的测量和调零 开启仪器背部的电源开关，加热数分钟后，将“测量选择”开关（以下简称K ）拔到 档，由“ 调节”使 =50µA ，记下当时温度值。

将K 拔到△V 档，由 “△V 调零”使△V=0。

3、 测曲线开启加热电源（指示灯亮）加热电流范围0.2～0.3A ，并记录△V 和T 值，按每改变10mV 立即读取相应T 值。

为使整个实验符合热力学条件，在实验过程中升温速度要慢。

4、求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （ ）F/mv C作 曲线，求斜率S 。

五、实验数据记录V(mv)-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65-70 T( C) 24.1 26.4 28.6 30.8 33.0 35.2 37.4 39.5 41.7 43.8 46.0 48.2 50.3 52.4实验起始温度： 21.4℃工作电流： = 50µA 起始温度时的正向压降： 573mV六、数据处理过程及结果、结论s T =FI ()F R V T =七、注意事项1、仪器连接线的芯线较细，所以使用时应注意，不可用力过猛。

1PN结正向压降和温度关系的研究引言：PN结是最常见的半导体器件之一，它具有正向导通和反向截止的特性。

在PN结正向导通状态下，电流能够流过晶体管，而正向压降是电流在PN结上产生的电压降。

正向压降与温度之间存在一定的关系，这对于设计和优化电子器件的工程师来说非常重要。

因此，本文将对PN结正向压降与温度关系的研究进行讨论。

正向压降的定义：PN结的正向压降是指在正向极性下，电流通过PN结时产生的电压降。

在正常工作条件下，当PN结正向偏置电压增加时，正向导通电流也会逐渐增大。

根据欧姆定律，电压降正比于电流，并可以表示为Vf=If*Rf，其中Vf是正向压降，If是正向电流，Rf是PN结的正向电阻。

温度对PN结正向压降的影响：温度对PN结正向压降有直接的影响。

随着温度的升高，PN结的导电性会发生变化，从而对正向压降产生影响。

在低温下，半导体中载流子的运动受限制，同时PN结的扩散电阻增加，导致正向压降较大。

而在高温下，由于晶体中载流子的热激发增多，电阻减小，正向压降减小。

因此，可以得出一个结论：PN结的正向压降随着温度的升高而减小。

正向压降与热失真的关系：除了温度对PN结正向压降的直接影响外，温度还会对半导体材料的电阻特性产生影响，从而影响到正向压降。

由于热失真的存在，半导体材料的电阻随温度的变化而变化。

在PN结正向导通过程中，由于电流通过PN结时会产生热量，这将导致PN结局部局部温度升高。

随着局部温度的升高，材料的电阻值也会随之增大。

因此，在实际工作中需要考虑到这种热失真的影响，以准确计算和优化PN结的正向压降。

结论：PN结的正向压降与温度之间有一定的关系。

随着温度的升高，PN结的正向压降会减小。

这是由于温度升高导致半导体材料载流子的热激发增多，电阻减小的结果。

此外，温度还会引起热失真，导致电阻随温度变化，进一步影响到PN结的正向压降。

因此，研究PN结正向压降与温度关系对于电子器件的设计和优化具有重要意义，能够帮助工程师准确计算和改进器件的性能。

PN结正向压降与温度关系的研究和应用实验报告摘要：本实验通过测量PN结正向偏置情况下的正向压降随温度的变化，研究PN结的温度特性，并探索其在实际应用中的可能的应用。

引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，其正向特性在电子学领域具有重要的应用价值。

而PN结的温度特性对于器件的工作稳定性和可靠性有较大的影响。

因此，研究PN结的温度特性，尤其是正向压降与温度的关系，对于提高器件性能有着重要意义。

实验目的：1.研究PN结的温度特性，特别是正向压降随温度的变化规律；2.探索PN结温度特性相关的应用，例如热敏电阻等。

实验原理：PN结在正向偏置情况下，通过正向电流使得P区载流子与N区载流子复合，产生电压降。

根据热力学原理，温度升高会提供更多的热能，促使载流子的热激发增加，从而降低正向电压的阻挡力。

因此，PN结正向压降与温度呈负相关。

实验步骤：1.搭建实验电路：将PN结与电源和电流测量仪连接，确保电路连接正确。

2.在实验装置中设置好温度传感器，与PN结接触。

3.调节电源的正向电流，并分别测量不同温度下的正向压降和电流。

4.依次调节不同温度下的电流，重复步骤3，记录数据。

实验结果：将测得的正向电流和压降数据制成表格，并绘制电压-温度曲线和电流-温度曲线。

讨论：通过分析实验结果，可以发现PN结的正向压降随着温度的升高而逐渐降低，且呈现较大的线性关系。

这与实验原理的推测相符合。

应用：基于PN结正向压降与温度的关系，我们可以将其应用于热敏电阻的制备和温度测量。

热敏电阻可以根据PN结的特性，根据温度的变化来改变电阻值，从而实现温度的感应和测量。

这在实际工业控制和家用电器中具有广阔的应用前景。

结论：通过本实验研究PN结的温度特性，我们发现PN结的正向压降随着温度升高而逐渐降低，并且可以将该特性应用于热敏电阻的制备和温度测量中。

实验结果对于提高PN结的性能和应用具有重要参考价值。

PN结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究PN结正向压降温度特性及正向伏安特性的研究随着半导体元件的不断发展，越来越多的应用场景需要对PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性有更深入的了解。

本文将通过理论分析和实验验证的方式，对这两个特性进行详细研究。

首先，我们来看PN结正向压降温度特性。

PN结的正向压降是指在正向偏置的情况下，PN结两端的电压降。

正向压降与PN结内的载流子浓度有关，载流子浓度越高，正向压降越小。

同时，温度的变化也会对正向压降产生影响。

一般来说，正向压降随着温度的升高而减小。

这是因为在高温下，载流子浓度会增加，使得PN结内电场的分布变得更加均匀，从而减小了正向压降。

但是，在非常高的温度下，由于载流子的热激发效应，反向偏置电压也会增加，进而导致正向压降的增加。

因此，在设计半导体元件时需要考虑温度对正向压降的影响。

其次，我们来看PN结的正向伏安特性。

正向伏安特性描述了PN结在正向偏置下的电流与电压之间的关系。

根据欧姆定律，正向电流与正向电压成正比，即I = Is * (exp(qV / (nkT)) - 1)，其中I为正向电流，V 为正向电压，Is为逆饱和电流，q为电子电荷量，k为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，n为器件的非理想因子。

从这个公式可以看出，正向电流与温度成正比，也就是说，随着温度的升高，正向电流也会增加。

这是因为在高温下，载流子的热激发效应增强，使得正向电流增大。

但是，需要注意的是，当温度达到一定值时，PN结可能会因为过热而损坏。

为了验证以上理论分析，我们进行了实验研究。

首先，我们搭建了一个实验平台，用来测试PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性。

实验中，我们分别采用了不同的温度和正向偏置电压，测量了PN结两端的电压和电流。

实验结果与理论分析基本吻合，验证了我们的理论模型的准确性。

综上所述，PN结的正向压降温度特性和正向伏安特性对于半导体元件的设计和使用非常重要。

了解这两个特性的变化规律可以帮助我们选择合适的工作温度和正向偏置电压，以确保半导体元件的正常工作。

实验题目：PN 结正向压降温度特性的研究 实验目的：1) 了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。

2) 在恒流供电条件下，测绘PN 结正向压降随温度变化曲线，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：理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在如下近似关系 )exp(kTqV Is I FF = （1） 其中q 为电子电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度；Is 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系数，可以证明 ])0(ex p[kTqV CT Is g r-= （2）其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r 也是常数；V g (0)为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。

将（2）式代入（1）式，两边取对数可得 11)0(n r Fg F V V InT q kT T I c In qkV V +=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （3） 其中这就是PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式。

令I F =常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，除线性项V 1外还包含非线性项V n1项所引起的线性误差。

设温度由T 1变为T 时，正向电压由V F1变为V F ，由（3）式可得[]rn F g g F T T q kT T T V V V V ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=1111)0()0( （4） 按理想的线性温度影响，VF 应取如下形式： )(111T T TV V V F F F -∂∂+=理想 （5）T V F ∂∂1等于T 1温度时的TVF ∂∂值。

由（3）式可得r qk T V V T V F g F ---=∂∂111)0(（6）所以()[]()r T T q kT T V V V T T r q k T V V V V F g g F g F 1111111)0()0(----=-⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+=理想 （7）由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对线性的理论偏差为()r F T TLn q kT T T r q k V V )(11+--=-=∆理想 （8）设T 1=300°k ，T=310°k ，取r=*,由（8）式可得=，而相应的V F 的改变量约20mV ，相比之下误差甚小。

PN 结正向压降与温度关系的研究实验报告班级：材物41 ：禇雨婷 学号：2140906001一、 实验目的（1）了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系，测定PN 结F F V I -特性曲线及玻尔兹曼常数；（2）测绘PN 结正向压降随温度变化的关系曲线，确定其灵敏度及PN 结材料的禁带宽度；（3）学会用PN 结测量温度的一般方法。

二、实验仪器SQ-J 型PN 结特性测试仪，三极管（3DG6），测温元件，样品支架等。

三 、实验原理1．PN 结F F V I -特性及玻尔兹曼常数k 的测量：由半导体物理学中有关PN 结的研究可以得出PN 结的正向电流F I 与正向电压F V 满足以下关系F I =s I （exp kTeV F -1） ⑴ 式中e 为电子电荷量、k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，s I 为反向饱和电流，它是一个与PN 结材料禁带宽度及温度等因素有关的系数，是不随电压变化的常数。

由于在常温（300K ）下，kT/q=0.026,而PN 结的正向压降一般为零点几伏,所以exp kTeV F 》,1上式括号内的第二项可以忽略不计,于是有 kT eV Is I FF exp = ⑵这就是PN 结正向电流与正向电压按指数规律变化的关系,若测得半导体PN 结的F F V I -关系值,则可利用上式以求出e/kT.在测得温度T 后,就可得到e/k 常数,将电子电量代入即可求得玻尔兹曼常数k 。

在实际测量中，二极管的正向F F V I -关系虽能较好满足指数关系，但求得的k 值往往偏小，这是因为二极管正向电流F I 中不仅含有扩散电流，还含有其它电流成份。

如耗尽层复合电流.、表面电流等。

在实验中,采用硅三极管来代替硅二极管，复合电流主要在基极出现，三极管接成共基极线路（集电极与基极短接），集电极电流中不包含复合电流。

若选取性能良好的硅三极管，使它处于较低的正向偏置状态，则表面电流的影响可忽略。