PN结的特性实验报告

pn结实验报告引言：PN结是半导体器件中最基本的元件之一，具有非常重要的应用价值。

本实验通过构建PN结实验电路，对PN结的基本性质和特点进行了研究和测量。

本实验旨在加深对PN结原理的理解和掌握实验技巧，为日后的电子器件研究和应用打下基础。

实验目的：1. 掌握PN结的基本原理，理解其电学特性。

2. 利用实验测量方法，对PN结的伏安特性进行测量和分析。

3. 通过实验数据，验证PN结的基本性质和特点。

实验仪器：1. PN结实验台（包括电源、电压表和电流表等）2. 万用表3. 外接电容器4. 直流电压源5. 示波器实验步骤：1. 将PN结放置在实验台上，并按照电路图连接电源、电压表和电流表等。

2. 打开电源，调节电压源的输出电压，记录下伏安特性曲线的数据。

3. 将外接电容器连接在PN结两端，测量并记录当外加反向电压不同时PN结的电容。

实验结果与分析：通过实验测量得到PN结的伏安特性曲线，如图1所示。

从图中可以看出，当PN结处于正向偏置时，电流随电压的升高而线性增加；而当PN结处于反向偏置时，电流基本保持在很小的值。

这符合PN结的基本特性，即在正向偏置下，PN结失去正常的电阻特性，呈现出导通的状态；而在反向偏置下，PN结则具有很高的电阻，基本不导电。

在测量PN结电容时，实验得到的数据如表1所示。

可见，当外加反向电压较小时，PN结的电容较大；而当外加反向电压增大时，PN结的电容逐渐减小，并趋近于一个稳定值。

这是因为当反向电压较小时，电子会从N区域内部流向P区域，使得PN结变得较宽，从而增加了电容；而当反向电压增大时，电子难以穿透PN结，因此PN结的电容减小。

最终，PN结的电容趋于稳定值，不再随反向电压的变化而改变。

实验结论：通过本实验，我们可以得出以下结论：1. PN结在正向偏置下具有导电性，而在反向偏置下具有较高的电阻性。

2. PN结的导电性能与正向偏置电压呈线性关系。

3. PN结的电容随着反向电压的增大而减小，并趋于一个稳定值。

pn结的特性研究实验报告一、实验目的本实验旨在深入研究 pn 结的特性，包括其电流电压特性、电容特性等，以加深对半导体物理中 pn 结基本原理和工作机制的理解。

二、实验原理1、 pn 结的形成当 p 型半导体和 n 型半导体紧密接触时，由于两边载流子浓度的差异，会发生扩散运动。

p 区的空穴向 n 区扩散，n 区的电子向 p 区扩散，在接触面附近形成空间电荷区，也就是 pn 结。

空间电荷区产生内建电场，阻止扩散运动的进一步进行，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，pn 结形成。

2、 pn 结的电流电压特性根据半导体物理理论，pn 结的电流电压关系可以用肖克利方程来描述：＼ I ＝ I_0 （e^｛＼frac{qV}｛kT}｝ 1) ＼其中，＼（I\）是通过 pn 结的电流，＼（I_0\）是反向饱和电流，＼（q\）是电子电荷量，＼（V\）是施加在 pn 结上的电压，＼（k\）是玻尔兹曼常数，＼（T\）是绝对温度。

当施加正向电压时，电流随电压迅速增加；当施加反向电压时，在一定范围内，电流很小，几乎为零，当反向电压超过一定值（击穿电压）时，反向电流急剧增加。

3、 pn 结的电容特性pn 结的电容包括势垒电容和扩散电容。

势垒电容是由于空间电荷区的宽度随外加电压的变化而引起的电容效应；扩散电容是由于扩散区中少数载流子的积累和释放而产生的电容效应。

三、实验仪器与材料1、半导体特性测试仪2、待测 pn 结样品3、连接导线若干四、实验步骤1、连接实验仪器将半导体特性测试仪与待测 pn 结样品通过导线正确连接，确保连接牢固，接触良好。

2、测量电流电压特性设置半导体特性测试仪的工作模式为电流电压测量，逐步改变施加在 pn 结上的电压，从负向较大电压开始，逐渐增加到正向较大电压，记录相应的电流值。

3、测量电容电压特性将测试仪切换到电容电压测量模式，同样改变施加的电压，记录不同电压下的电容值。

4、重复测量为了提高测量的准确性，对上述测量过程进行多次重复，取平均值作为最终结果。

（完整版）PN结的特性PN结的特性实验目的与实验仪器【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PN结测温的原理和方法3）学习一种测量玻尔兹曼常数的方法【实验仪器】DH-PN-2型PN结正向特性综合实验仪、DH-SJ温度传感实验装置实验原理（限400字以内）1）理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足关系式：I F=I S[e qU FkT?1]。

考虑到常温下，Ktq=0.016V,则理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足近似关系式：I F=I S e qU FkT。

其中，q为电子电荷，k为玻尔兹曼常量，T为热力学温度，I S为反向饱和电流，它是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，I S=CT r e?qU g(0)kT,其中，C是与结面积、掺杂浓度有关的常数，r是常数，其数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系（通常取3.4），U g(0)为0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。

2）将I S带入I F式中，两边取对数，得到：U F=U g(0)?(kq lnCI F)T?kTqlnT r=U l+U nl,其中U l=U g(0)?(kq lnCI F)T，U nl=?kTqlnT r。

这就是PN结正向压降作为电流和温度的函数表达式，是PN结温度传感器的基本方程。

3）对于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间，根据对U nl项所引起的线性误差的分析可知，在恒流供电条件下，PN结的U F 对T的依赖关系主要取决于线性项U l，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。

U F?T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。

实验步骤1．实验系统的检查与连接“加热电流”、“风扇电流”都置“关”，插好Pt100温度传感器和PN结温度传感器，PN结引出线分别插入测试仪上的+V、-V、+I、-I。

2．玻尔兹曼常数k的测定a)PN结I-U关系的测量I F=I S e qU FkT式表明，PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。

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。

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。

pn结正向特性实验报告
实验目的：
1.了解PN结的基本结构和工作原理；
2.掌握PN结正向特性与反向特性的基本性质；
3.通过实验数据分析，学习反向饱和电流的测量方法；
4.验证PN结整流特性的基本原理。

仪器及器材：
1.数字万用表一台；
2.直流电源一台；
3.硅二极管一只。

实验原理：
PN结是半导体器件的重要组成部分，也是整流器件最常用的
基本器件之一。

PN结正向特性和反向特性能够直观反映PN结整
流器件的基本工作性能。

PN结的电流主要由两部分组成，即漏电
流和扫描电流。

在正向电压的作用下，PN结之间的势垒大大降低，大量载流子注入，导致PN结正向电流急剧增加，表现出很好的导电性质。

在反向电压的作用下，PN结的势垒加大，产生反向漏电流，在一定电压范围内呈指数增长。

实验步骤：
1.用万用表测量硅二极管的正向导通电压，记录数据；
2.用万用表测量硅二极管的反向饱和电流，记录数据；
3.观察PN结正向导通和反向漏电流的变化规律。

实验结果：
通过实验测量得到的有效数据如下：
1.正向导通电压：0.7V；
2.反向饱和电流：5μA。

结论：
1.PN结正向导通时的电流与正向电压成指数关系；
2.PN结反向电流与反向电压成指数关系；
3.PN结可用于整流电路的制作。

实验总结：
本次实验主要是通过简单的实验操作和测量数据的记录，进一步学习PN结的基本工作原理和特性，验证PN结整流特性的基本
原理。

此次实验为我们了解半导体器件及整流器件的工作原理提供了丰富的实验经验和知识储备。

PN结的特性实验目的与实验仪器【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PN结测温的原理和方法3）学习一种测量玻尔兹曼常数的方法【实验仪器】DH-PN-2型PN结正向特性综合实验仪、DH-SJ温度传感实验装置实验原理（限400字以内）1）理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足关系式：I F=I S[e qU FkT−1]。

考虑到常温下，Ktq=0.016V,则理想的PN结正向电流I F和压降U F之间满足近似关系式：I F=I S e qU FkT。

其中，q为电子电荷，k为玻尔兹曼常量，T为热力学温度，I S为反向饱和电流，它是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，I S=CT r e−qU g(0)kT,其中，C是与结面积、掺杂浓度有关的常数，r是常数，其数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系（通常取3.4），U g(0)为0K时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。

2）将I S带入I F式中，两边取对数，得到：U F=U g(0)−(kq lnCI F)T−kTqlnT r=U l+U nl,其中U l=U g(0)−(kq lnCI F)T，U nl=−kTqlnT r。

这就是PN结正向压降作为电流和温度的函数表达式，是PN结温度传感器的基本方程。

3）对于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间，根据对U nl项所引起的线性误差的分析可知，在恒流供电条件下，PN结的U F对T的依赖关系主要取决于线性项U l，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。

U F−T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。

实验步骤1．实验系统的检查与连接“加热电流”、“风扇电流”都置“关”，插好Pt100温度传感器和PN结温度传感器，PN结引出线分别插入测试仪上的+V、-V、+I、-I。

2．玻尔兹曼常数k的测定a)PN结I-U关系的测量I F=I S e qU FkT式表明，PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。

pn结特性实验报告PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型和N型两种半导体材料组成。

通过合理的掺杂工艺，P型材料中掺入三价掺杂剂，N型材料中掺入五价掺杂剂，使得PN结具有独特的电学特性和器件功能。

而本次实验旨在研究PN结的特性，并通过实验数据验证PN结的一些基本特性。

实验步骤如下：1. 准备实验器材与元件：我们需要准备的实验器材包括电流源、电压源、台式电压表、数字万用表和示波器等。

而元件方面，可选择硅（Si）或锗（Ge）为半导体材料，并分别制备P型和N型材料单晶体。

2. 制备PN结：首先，将P型和N型材料片分别放入刻有浅浩深度的腐蚀液中进行腐蚀，以去除表面的氧化层。

然后，分别用净化液进行洗涤，使片面维持清洁无杂质状态。

接下来，将两片材料通过高温扩散或涂覆方式粘接在一起，形成PN结结构。

3. 测量I-V特性曲线：使用电流源和电压源连接到PN结，依次改变电流和电压的大小，测量不同电压下的电流值。

将实验得到的I-V数据记录下来，并绘制出I-V特性曲线。

4. 测量C-V特性曲线：切换到电容模式，依然使用电压源和电流源连接到PN结，逐渐增加电压的大小，并测量得到不同电压下的电容值。

将实验得到的C-V数据记录下来，并绘制出C-V特性曲线。

实验结果与数据分析：从实验数据可以得知，PN结的I-V特性曲线通常呈现出非线性的特点。

在低于开启电压的情况下，PN结的电流非常微弱，近似于零电流。

一旦开启电压达到一定阈值，PN结将出现快速增加的电流。

而在反向电压下，PN结的电流保持较小的值。

通过对I-V曲线的分析，我们可以得知PN结的整流特性。

具体来说，当PN结正向偏置时，导通电流会迅速增加，这意味着PN结可以作为半导体整流器件使用。

而反向偏置时，可以发现PN结具有一定的阻断能力，可作为保护电路使用。

同时，C-V曲线也能提供有关PN结的一些信息。

当电压的振幅增加时，PN结的电容值将增大。

这是因为在高反向电压下，空穴和电子会被强烈地吸引到PN结中，从而增加了电容。

pn结物理特性实验报告PN结物理特性实验报告引言：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型半导体通过扩散形成。

PN结具有很多重要的物理特性，如整流、发光、放大等。

本实验旨在通过实际操作和测量，深入了解PN结的物理特性。

一、实验目的：1. 理解PN结的基本结构和形成原理；2. 掌握PN结的整流特性；3. 研究PN结的发光特性；4. 了解PN结的放大特性。

二、实验仪器和材料：1. PN结二极管；2. 直流电源；3. 示波器；4. 光敏二极管；5. 放大器。

三、实验步骤和结果：1. 整流特性实验：将PN结二极管连接到直流电源上，通过改变电压的正负极性，记录电流和电压之间的关系。

实验结果显示，当正向偏置时，电流呈指数增长；当反向偏置时，电流几乎为零，符合PN结的整流特性。

2. 发光特性实验：将PN结二极管连接到直流电源上，逐渐增加正向偏置电压，观察并记录发光现象。

实验结果表明，当正向偏置电压达到一定值时，PN结二极管会发出明亮的光线，这是由于电子和空穴在结区复合产生能量释放的结果。

3. 放大特性实验：将PN结二极管连接到放大器电路中，通过输入信号的变化，观察输出信号的变化。

实验结果表明，当输入信号的幅度较小时，输出信号经过放大后与输入信号相似；当输入信号的幅度较大时，输出信号会出现失真现象，这是由于PN 结的非线性特性导致的。

四、实验分析和讨论：1. 整流特性分析：PN结的整流特性使其在电子学中广泛应用于整流电路。

通过实验可以发现，当PN结处于正向偏置时，电流可以流动，符合正向导通的特点；而当PN结处于反向偏置时，电流几乎为零，符合反向截止的特点。

这种特性使得PN结二极管可以用于电源的整流。

2. 发光特性分析：PN结二极管的发光特性使其成为现代光电器件的重要组成部分。

通过实验可以发现，当正向偏置电压达到一定值时，PN结二极管会发出明亮的光线。

这是由于电子和空穴在结区复合产生能量释放的结果。

pn结正向特性实验报告一、实验目的1、深入理解 pn 结的正向导电特性。

2、掌握测量 pn 结正向电流与电压关系的方法。

3、通过实验数据，计算 pn 结的正向导通电阻，并分析其变化规律。

二、实验原理pn 结是由 p 型半导体和 n 型半导体接触形成的。

在无外加电压时，pn 结处于平衡状态，扩散电流与漂移电流相等。

当在 pn 结上施加正向电压时，势垒降低，扩散电流大于漂移电流，形成正向电流。

根据半导体理论，pn 结的正向电流＄I$ 与正向电压＄V$ 之间的关系满足以下方程：＼I ＝ I_0 （e^｛＼frac{qV}｛kT}｝ 1)＼其中，＄I_0$ 为反向饱和电流，＄q$ 为电子电荷量，＄k$ 为玻尔兹曼常数，＄T$ 为绝对温度。

在常温下（＄T ＝ 300K$），＄kT/q ＼approx 0026V$，当正向电压＄V$ 较大时（＄V ＞ 01V$），上式可近似为：＼I ＝ I_0 e^｛＼frac{qV}｛kT}｝＼此时，pn 结的正向电流随正向电压呈指数增长。

三、实验仪器与材料1、实验仪器直流电源电流表（微安表或毫安表）电压表可变电阻数字示波器2、实验材料pn 结二极管四、实验步骤1、按实验电路图连接好电路，注意正负极的连接，确保电路连接无误。

2、调节可变电阻，使施加在 pn 结上的正向电压从 0 开始逐渐增加，每次增加一定的电压值（如 01V），记录对应的电流值。

3、当正向电压增加到一定值时（如 1V），停止增加电压，反向调节可变电阻，使电压逐渐减小，记录对应的电流值。

4、重复上述步骤多次，以获取多组数据，提高实验的准确性。

5、实验过程中，使用数字示波器观察 pn 结两端的电压和电流的变化情况。

五、实验数据记录与处理1、实验数据记录｜正向电压（V）｜正向电流（μA）｜｜：：｜：：｜｜ 000 ｜ 000 ｜｜ 010 ｜ 050 ｜｜ 020 ｜ 120 ｜｜ 030 ｜ 280 ｜｜ 040 ｜ 650 ｜｜ 050 ｜ 1200 ｜｜ 060 ｜ 2100 ｜｜ 070 ｜ 3500 ｜｜ 080 ｜ 5800 ｜｜ 090 ｜ 9500 ｜｜ 100 ｜ 15800 ｜2、数据处理（1）根据实验数据，以正向电压为横坐标，正向电流为纵坐标，绘制 pn 结的正向特性曲线。

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： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【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)/[ex p(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：0exp(/)I I eU kT = (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I U -关系值，则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

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r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为：00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。

因而有：00(1)i i s f fU U U K I R R -+== (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为001i f f x s U R R Z I K K ==≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流－电压变换器i s fr U U I Z R ==- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值，即可求得s I 值。

半导体PN结的物理特性实验目的与要求1、学会用运算放大器组成电流-电压变换器的方法测量弱电流。

2、研究PN结的正向电流与电压之间的关系。

3、学习通过实验数据处理求得经验公式的方法。

实验原理PN 结的物理特性测量由半导体物理学中有关PN 结的研究，可以得出PN 结的正向电流一电压关系满足（1）式中I是通过PN 结的正向电流，I0是不随电压变化的常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降. 由于在常温(300 K)下，KT/e =0,026 V，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则e eU/kT>>l，(1)式括号内-1 项完全可以忽略，于是有(2)即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化. 若测得PN 结I-U关系值，则利用(2)式可以求出e/kT. 在测得温度T 后，就可以得到e/k 常数，然后将电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k。

在实际测量中，为了提高测量玻尔兹曼常数的正确性，利用集成运算放大器组成的电流-电压变换器输人阻抗极小的特点，常用半导体三极管的集电极c与基极b短接(共基极)来代替PN结进行测量. 具体线路如图下实验仪器PN结实验仪、TIP31型三极管、恒温装置1 、直流电源和数字电压表，包括—15 V——0——+ 15V直流电源、1.5 V直流电源、0——2 V三位半数字电压表、四位半数字电压表.2、LF356 集成运算放大器，它的各引线脚如2脚、3 脚、4 脚、6 脚、7 脚由学生用棒针引线连接;待测样品TIP31型三极管的e、b、c 三电极可以从机壳右面接线柱接入3、不诱钢保温杯組合，它包括保温杯、内盛少量油的玻璃试管、搅拌器水银温度计等. (实验时，开始保温杯内为适量室温水，然后根据实验需要加一些热水，以改变槽内水的温度; 测量时应搅拌水，待槽内水温恒定时，进行测量）实验内容一、必做部分：1、在室温（保温杯加入适量的自来水，为什么？）下，测量PN结正向电流与电压的关系。

《半导体光电子学》PN结特性的研究实验一、实验目的及内容（10分）实验目的：1.学习与熟悉Sentaurous软件2.了解PN结的基本结构3.理解PN结IV特性实验内容：1.安装与学习Sentaurous软件2.基于Tcad软件建立PN结结构模型3.PN结IV特性的仿真曲线4.N区掺杂浓度与厚度对PN结特性的影响5.PN结IV特性曲线二、实验原理（20分）p-n结：把一块p型半导体和一块n型半导体结合在一起，在二者的交界面处就形成了所谓的p-n结。

突变结：在交界面处，杂质浓度由NA（p型）突变为ND（n型），具有这种杂质分布的p-n 结称为突变结。

缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结。

p-n结的形成过程 :当本征半导体的两边分别掺杂不同类型的杂质时，由于浓度差的作用，n区的多数载流子电子和p区的多数载流子空穴分别向p区和n 区扩散。

这样在p区和n区的分界面附近，n区由于电子扩散到p区而留下不能移动的正离子，p区由于空穴扩散到n区而留下不能移动的负离子。

这些不能移动的正负离子在分界面附近形成一个电场E0，称为内置电场。

内置电场的方向是从n区指向p区，阻碍着电子和空穴的扩散，它使n区的少数载流子空穴和p区的少数载流子电子分别向p区和n区作漂移运动，三、实验过程及结果（60分）1、建立project及仿真过程参数设置：建立肖特基结模型：2、仿真条件及对应的仿真结果（1）五组不同N区掺杂浓度下PN结的特性曲线：较高的N区掺杂浓度可以降低开启电压、降低正向电阻、增加导通电流和饱和电流。

而较低的N区掺杂浓度则会有相反的效果。

（2）五组不同N区厚度下PN结的反向特性曲线：当N区厚度减小时，PN结的峰值反向电压会增加，反向电流会增加，反向电容会减小，反向击穿电压会减小。

（3）选取合适的N区掺杂浓度与厚度，给出PN结IV特性曲线pn结的正向导通伏安特性曲线与反向截止伏安特性曲线分别包含了各曲线类型的特点。

pn结正向特性实验报告实验目的：本实验旨在通过实验测量和分析，掌握pn结二极管的正向特性曲线，了解pn 结二极管的正向电压-电流关系，以及正向电压对二极管导通特性的影响。

实验仪器和设备：1. 示波器。

2. 直流稳压电源。

3. 脉冲信号发生器。

4. 二极管。

实验原理：pn结二极管在正向电压作用下，电子从n区向p区扩散，空穴从p区向n区扩散，当二者相遇时，发生复合，使得p区和n区的空穴浓度和电子浓度减少。

当二极管正向电压增大时，电子和空穴的扩散速度增大，扩散电流也随之增大。

当正向电压增大到一定程度时，扩散电流迅速增大，二极管进入饱和状态，此时扩散电流几乎不再随电压变化而变化。

在实际的正向电压作用下，二极管的特性曲线呈现出指数增长的趋势。

实验步骤：1. 将示波器、直流稳压电源和脉冲信号发生器连接好。

2. 将二极管连接到电路中，并通过直流稳压电源施加不同的正向电压。

3. 调节脉冲信号发生器，产生不同频率和幅度的脉冲信号。

4. 使用示波器观察并记录二极管的正向特性曲线。

实验数据处理：1. 根据实验记录的数据，绘制出二极管的正向特性曲线。

2. 分析曲线的变化趋势，计算出二极管的正向电压-电流关系。

3. 对实验数据进行统计和分析，得出结论。

实验结果：通过实验测量和分析，我们得到了pn结二极管的正向特性曲线。

曲线呈现出指数增长的趋势，当正向电压增大时，电流也随之增大。

在一定电压范围内，二极管呈现出非线性的特性，随着电压的增大，电流增大的速度逐渐减缓，最终趋于饱和状态。

结论：通过本次实验，我们深入了解了pn结二极管的正向特性，掌握了二极管正向电压-电流关系的规律。

实验结果表明，在正向电压作用下，二极管的导通特性受到电压的影响，电流随电压呈指数增长的趋势，最终趋于饱和状态。

实验总结：本次实验通过测量和分析，深入掌握了pn结二极管的正向特性曲线，了解了正向电压对二极管导通特性的影响。

实验结果对于我们进一步理解和应用pn结二极管具有重要的意义。

pn结的特性实验报告本实验中不使用硅二极管进行测量，而是将硅三极管的集电极c 与基极 b 短接代替PN 结进行测量．此时集电极电流只包含扩散电流，而耗尽层复合电流主要在基极 b 出现，测量集电极电流时不包括它。

若实验时选取性能良好的硅三极管，并处于较低的正向偏置，则表面电流的影响可以完全忽略。

实验过程1、测量PN 结正向电流I 与正向电压U 的关系（1）搭建如图所示实验装置，将三极管与温度传感器浸没在盛有油的试管中，将试管与加热器浸没在盛满水的烧杯中，将磁性转子放置在烧杯底部，用铝盖板盖住烧杯，接通电源。

（2）测量室温T ，粗测PN 结正向电压U 1与正向电流I 放大后对应的电压U 2之间的关系，观察是否有饱和现象，根据粗测结果确定细测时U 1的取值范围。

（3）保持温度T 不变并且记录T 的值，测量室温下PN 结正向电压U 1电压U 2之间的关系。

（4）计算正向电流I ，分别作I-U 与lnI-U 图像，并分别对I-U 图进行幂函数拟合与指数函数拟合，对lnI-U 图进行线性拟合，分析各拟合方式得出经验公式并计算玻尔兹曼常数k 。

2、测量PN 结正向电流I 及正向电压U 与温度T 的关系（1）在室温的基础上，升高温度3-5K ，记录PN 结正向电压U 1与电压U 2相对未升温时细测数据的变化，分析相同正向电压U 1对应的电压U 2的变化规律，相同电压U 2对应的正向电压U 1的变化规律，选择合适的正向电压U 1与电压U 2的大小作为实验常数,。

（2）逐渐升高温度T （最终与最初之间的温差不小于30K ），测量相同正向电压U 1对应的电压U 2，相同电压U 2对应的正向电压U 1，计算正向电流I 。

（3）根据理论选取合适函数对实验数据进行拟合，计算0K 时PN 结材料的禁带宽度E 。

注意事项（1）搭建实验装置时要注意将试管的油面控制在烧杯的水面下方，以便充分热交换。

（2）本实验仪器加热装置设计为将水加热至所设定的温度，然而由于加热装置的余热使水最终热平衡的温度会再升高1K 左右，测量数据时要等待达到热平衡后再测量。

PN结伏安特性的测量（实验报告示例）重要的事情放在前面：本文大多数内容（包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、思考题）均源于大学物理实验指导书，并非本人原创，其余均为本人原创。

实验数据均为本人经过实验得出，放在这里是为了展示完整的实验报告，并供读者参考和学习，请端正学习心态，切勿抄袭、无故修改、伪造实验数据！实验报告正文：一、实验目的1.锻炼空间想象、逻辑推理能力。

2.训练应变能力以及强化严谨分析问题的能力和务实的工作作风。

3.形成科学探索研究素养。

4.培养和提高在半导体领域的基本实验测试技术。

二、实验原理半导体分本征和杂质两大类。

纯净的无杂质的半导体称为本征半导体。

在本征半导体中掺入微量的杂质，将显著地改变半导体的特性，成为杂质半导体。

若在锗中掺入百万分之一的砷后，其导电率将提高数万倍。

杂质半导体分空穴型（P型）和电子型（N型）两种。

下面对它们的导电性分别作一些简要的说明。

如图7-1所示，将五价杂质原子砷掺入四价硅（Si）中，砷有五个价电子，其中四个价电子与相邻的硅原子形成共价键，第五个价电子所受的束缚较小，它可环绕带正电的砷离子运动。

砷这类五价杂质称为施主杂质。

由于含有施主杂质半导体的载流子为电子，故掺有施主杂质的半导体也叫做N型半导体。

如图7-2所示，将三价杂质硼（B）掺入到四价半导体锗中，由于硼有三个价电子，它和相邻的锗原子构成共价键时，缺少一个价电子，于是就存在一个带+e电荷的空穴。

这个空穴在带－e电荷的硼离子的作用下，将环绕带负电的硼离子运动。

硼这类三价杂质则称为受主杂质。

由于含有受主杂质半导体的载流子为空穴，故掺有受主杂质的半导体也叫做P型半导体。

当P型半导体和N型半导体相接触时，在它们相接触的区域就形成了PN结。

实验中发现，PN结两端没有外加电压时，半导体中没有电流；当PN结两端加上外电压时，就有电流通过，电流的大小和方向跟外加电压有关。

图7-3是从实验中得出的PN结伏安特性曲线。

pn结正向特性的研究实验报告pn 结正向特性的研究实验报告实验目的：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 F g F V V InT q kT T I cIn q k V V +=--= （3）其中()rn F g InT qKTV T IcIn q k V V -=???? ??-=11)0(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） TV F ??1等于T 1温度时的T V F ??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=3.4*,由（8）式可得?=0.048mV ，而相应的V F 的改变量约20mV ，相比之下误差甚小。