PN结特性实验[1]

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。

PN结正向电压温度特性研究五、实验内容与步骤1．测量PN 结正向伏安特性曲线。

由式（4）可以看出，在温度不变的条件下，PN 结的正向电流IF与电压VF呈指数曲线关系，本实验要求绘出室温和t=40℃两条PN 结伏安曲线。

用坐标纸绘出相应曲线。

2．测量恒流条件下PN 结正向电压随温度变化的关系曲线。

本实验要求测出IF=50μA 条件下PN 结正向电压随温度变化曲线。

实验中每隔5℃测一个数据，直至加热到85℃。

要先记下室温时PN 结的电压V F值。

用坐标纸绘出相应曲线。

3．确定PN 结的测温灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。

（1）以t 作横出坐标，V F作纵坐标，作t-VF曲线。

正确地采用两点式求斜律的方法，计算PN结温度传感器的灵敏度S六、实验数据与处理1、PN 结正向伏安特性曲线表一：注I=50μA时，U=483mV电压/V0.250.2750.30.3250.350.3750.40.4250.45室温电流/μA0.50.9 1.63 5.49.315.223.133.3 40度电流/μA 1.6 2.8 4.98.213.320.830.241.153.9绘制成曲线如下系列2为40度时的伏安特性曲线，系列一为室温（25.1度）时的伏安特性曲线由计算机进行拟合可知，I-U满足指数关系的可信度很高。

2、恒流条件下PN结正向电压随温度变化的关系曲线。

表二注：I=50μA 室温25.1℃时U=483mV温度/℃40455055606570758085电压/mV443415406391373356344334319308计算机绘图如下：曲线拟合得U=-2.9t+551.1（mV）,相关系数R2=0.9902，可信度很高即灵敏度S=2.9mV/℃计算得V F(t0)=478.3mV由可以算出禁带宽度Eg（t0）=1.34eV与理论值1.21eV的相对误差为（1.34-1.21）/1.21*100%=11%七、误差分析1、测量U-T曲线时，升温过快导致调节电流不及时；2、温度计示数有一定延迟。

半导体PN 结的物理特性实验报告姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日 一、引言半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。

本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。

本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。

二、实验原理 1、 PN 结的物理特性（1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。

（2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。

在常温（T=300K ）下和实验所取电压U的范围内， 故①可化为 ②，两边取对数可得 。

（3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。

2、反向饱和电流I s（1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。

对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。

（2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为③，代入②得 ，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K时材料的禁带宽度。

实验5.3-PN结特性实验名称：实验5.3 PN结特性班级：信计0902 实验日期：2011年5月5日学生姓名：宋鹏学号：40964044 组别：J43【实验目的】1.研究PN结正向压降随温度变化的基本规律。

2.学习用PN结测温的方法。

3.学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。

【实验原理】PN结的I-V特性：理想PN 结的正向电流I F 和正向电压V F 存在如下近似关系式：（1）式中，q 为电子电量，T 为热力学温度，k 为玻尔兹曼常数，I s 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，两边取对数得：可以证明：（2）exp 1exp FF F s s qVqV I I I kT kT ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-≈ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦ln ln FF s qI V I kT=+()0exp g r s qV I CT kT ⎛⎫=- ⎪⎝⎭式中，C 是与PN 结的结面积、掺杂浓度等有关的常数，k 为玻尔兹曼常数，r 为常数其值取决于少数载流子迁移率对温度的关系（通常取r ＝3.4），V g (0)为热力学温度0K 时PN 结材料的导带底与价带顶的电势差，对于给定的PN 结材料，V g (0)是一个定值。

将公式（2）代入公式（1），两边取对数，整理后可得：这就是PN 结正向电压作为电流和温度函数的表达式，它是PN 结温度传感器的基本方程。

【实验仪器】QS-J 型PN 结正向压降温度特性实验组合仪【实验内容】1. 测定玻尔兹曼常数k ——测得常温下Si 管PN 结的I F -V F 关系，并将所得到的结果与标准值 k=1.3807×10-23J/K 相比较。

2. V F (T R )的测量：()0lnln r Fg l nl F k CkTV V T T V V q I q ⎛⎫=--=+ ⎪⎝⎭开启测试仪电源，预热数分钟后，将“测量选择”开关（以下简称K）拨到IF ，由“IF调节”使IF =50μA。

pn结的特性实验报告PN结的特性实验报告引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。

在本次实验中，我们将通过实验来研究PN结的特性，包括正向偏置、反向偏置和截止电压等。

通过实验数据的分析，我们可以更好地理解PN结的工作原理和特性。

实验方法：1. 实验仪器和材料：- P型硅片和N型硅片- 直流电源- 电压表- 电流表- 变阻器- 连接线等2. 实验步骤：1) 将P型硅片和N型硅片连接起来，形成一个PN结。

2) 将正极连接到P型硅片，负极连接到N型硅片，进行正向偏置实验。

3) 测量正向电流和正向电压的关系。

4) 将正极连接到N型硅片，负极连接到P型硅片，进行反向偏置实验。

5) 测量反向电流和反向电压的关系。

6) 根据实验数据分析PN结的特性。

实验结果和分析：1. 正向偏置实验：在正向偏置实验中，我们将电压从0V逐渐增加，并测量相应的电流。

实验数据显示，当电压低于PN结的截止电压时，电流非常小，接近于0。

随着电压的增加，电流迅速增加，符合指数增长的特性。

这是因为在正向偏置下，PN结的载流子被注入并迅速扩散，形成电流。

2. 反向偏置实验：在反向偏置实验中，我们将电压从0V逐渐减小，并测量相应的电流。

实验数据显示，当电压低于PN结的截止电压时，电流非常小，接近于0。

然而，当电压超过截止电压时，电流急剧增加。

这是因为在反向偏置下，PN结的耗尽层宽度增加，电流主要由漏电流组成。

3. 截止电压：通过实验数据的分析，我们可以得到PN结的截止电压。

在正向偏置实验中，当电流开始迅速增加时，我们可以得到PN结的截止电压。

同样，在反向偏置实验中，当电流开始急剧增加时，也可以得到PN结的截止电压。

通过多次实验得到的数据可以取平均值，提高结果的准确性。

结论：通过本次实验，我们成功研究了PN结的特性。

正向偏置下，PN结的电流随电压增加而指数增长；反向偏置下，PN结的电流在低于截止电压时非常小，但在超过截止电压后急剧增加。

pn结特性实验报告PN结是P型和N型半导体材料接触而形成的结，是半导体器件中最基本的一种结构之一。

PN结的特性非常重要，对于理解和应用半导体器件非常关键。

本实验主要通过测量PN结的伏安特性曲线，研究PN结的整流作用和反向击穿特性。

实验仪器包括PN结二极管、直流电压源、直流电流表、电阻箱等。

首先按照电路图连接好实验电路，然后将直流电压源的电压调节到0V，将直流电流表改为电压测量模式，并设置合适的量程。

然后逐步增加直流电压源的电压，并记录PN结的电压和电流值。

在改变电压的同时，可以观察PN结上是否有发光现象，以及发光强度的变化。

实验结果显示，当外加电压为正向时，即P端连接正电压，N端连接负电压，PN结的电流非常小，大约在10^-6量级以下。

这是因为PN结的整流作用，电子由N端向P端流动，而空穴由P端向N端流动，形成了电流。

此时PN结处于正向偏置状态。

而当外加电压为反向时，即P端连接负电压，N端连接正电压，PN结的电流非常大，大约在10^-3量级以上。

这是因为反向击穿现象的发生，电子和空穴在PN结处以较高的速度相遇复合，形成漫射电流。

此时PN结处于反向偏置状态。

需要注意的是，过高的反向电压会导致PN结的击穿，从而破坏PN结。

实验中还观察到了PN结的发光现象。

在正向偏置状态下，电流随着电压的增加而增加，当电压达到正向击穿电压时，PN结开始发光，并逐渐增强。

这是因为PN结发生辐射复合，使得能量得以转移为光子。

发光强度与电流强度成正比。

通过本次实验，我深入了解了PN结的特性。

PN结不仅可以实现整流作用，还可以实现发光效果。

在实际应用中，PN结被广泛应用于半导体器件中，比如二极管、LED和激光器等。

专业：应用物理题目：PN 结特性(1)研究 PN 结正向压降随温度变化的基本规律。

(2)学习用 PN 结测温的方法。

(3)学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。

DH-PN-2 型PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ 温度传感实验装置PN 结正向电流IF 和压降VF之间存在如下近似关系其中q 为电子电荷；k 为玻尔兹曼常数；T 为热力学温度；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其中 C 是与结面积、掺杂浓度等有关的常数； r 对温度的关系(通常取 r=3.4)； V g (0)为 0K 时 联立二式可得是常数，其数值取决于少数载流子迁移率 PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。

Vl 随温度线性变化， Vnl 为非线性变化，若忽略非线性部份，误差分析如下温度由 T 1 变为 T 时，正向电压由 V F1 变为 V F 时，正向电压理论值与忽略非线性部份值得 偏差为当温度变化范围较小时，该偏差可忽略(通过改变温度与I F 也可改善线度)，令 I F =常数， 则正向压降只随温度升高线性下降，这就是 PN 结测温的依据。

1. 实验系统检查与连接关闭 DH-SJ 型温度传感器实验装置上的“加热电流”、“风扇电流”开关，接上加热电源 线。

插好 Pt100 温度传感器和 PN 结温度传感器，两者连接均为直插式。

PN 结引出线分 别插入 PN 结正向特性综合试验仪上的+V 、-V 和+I 、-I 。

打开电源开关，温度传感器实验装置上将显示出室温 T R ，记录下起始温度 T R 。

2. 玻尔兹曼常数 k 的测定测得 PN 结 I ~V 关系，求出玻尔兹曼常数 k 。

将 PN 结正向特性综合试验仪上的电流量 程置于适当档位，调整电流调节旋钮以改变正向电流 I F 输出示值，观察记录相应的正向电 压 V F 值读数。

3. 至少完成对一种 PN 结材料的 V ~T 曲线的测量及数据处理(1)测定 V ~T 关系曲线 选择合适的正向电流 I F (如 I F =50µA ，普通选小于 100μA 的 值，以减小自身热效应)，并保持不变。

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测定实验半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。

使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一)，了解测量弱电流的一种新方法。

本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。

【实验目的】1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。

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10-6A 至10-8A 的弱电流。

4、测量PN 结结电压be U与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。

5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。

6、学会用最小二乘法拟合数据。

【实验仪器】ZC1606型PN 结特性研究与玻尔兹曼常数测定仪（如下图），ZC1606型温度加热装置，S9013型三极管一只，温度控制连接线，短路线和电源线。

图1 ZC1606型PN 节特性研究与玻尔兹曼常数测定仪【实验原理】一、PN 结的正向特性理想情况下，PN 结的正向电流随正向压降按指数规律变化。

其正向电流I F 和正向压降V F 存在如下近关系式： exp(kTqV I I Fs F = （1） 其中q 为电子电荷（即e =1.602×10-19C ）；k 为玻尔兹曼常数；T 为绝对温度；I S 为反向饱和电流，它是一个和PN 结材料的禁带宽度及温度有关的系数，可以证明： exp()0(kTqV CT I g rS -= （2）其中C 是与结面积、掺质浓度等有关的常数，r 也是常数（r 的数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取r=3.4）；V g(0)为绝对零度时PN 结材料的带底和价带顶的电势差，对应的qV g(0)即为禁带宽度。