FDPNPN结物理特性测定仪使用说明(修订)).docVIP

仪器使用说明 TEACHERS GUIDEBOOK FD-PN-4 PN结物理特性测定仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司 Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd. FD-PN-4 PN结物理特性测定仪 一、概述 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。本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),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本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结结电压与热力学温度T的关系，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。本仪器物理实验内容丰富、概念清晰、稳定可靠，结构设计合理、测量结果准确度高。本仪器主要用于大专院校普通物理实验以及设计性研究性实验。 二、仪器简介 FD-PN-4型PN结物理特性测定仪主要由直流电源、数字电压表、实验板以及干井测温控温装置组成，如图1所示。 图1 PN结物理特性测定仪实验装置 三、技术指标 1．直流电源 ±15V直流电源一组，即[+15V—0V(地)— -15V]； 1.5V直流电源一组 2．数字电压表 三位半数字电压表量程 0—2V 四位半数字电压表量程 0—20V 3．实验板 由运算放大器LF356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。TIP31型三极管外接。 4．恒温装置 干井式铜质可调节恒温 恒温控制器控温范围，室温至80℃；控温分辨率0.1℃； 5．测温装置 铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃（）。 四、实验项目 1．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．较精确地测量玻尔兹曼常数。(误差一般小于2%) 3．学习应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结结电压与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5．近似求得0K时半导体（硅）材料的禁带宽度。 6．学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。 五、注意事项 1．实验时接±12V或±15V，但不可接大于15V电源。±15V电源只供运算放大器使用，请勿作其它用途。 2．运算放大器7脚和4脚分别接+15V和-15V，不能反接，地线必须与电源0V(地)相接(接触要良好)。否则有可能损坏运算放大器，并引起电源短路。一旦发现电源短路(电压明显下降),请立即切断电源。 3．要换运算放大器必须在切断电源条件下进行，并注意管脚不要插错。元件标志点必须对准插座标志槽口。 4．请勿随便使用其它型号三极管做实验。例TIP31三极管为NPN管，而TIP32型三极管为PNP管，所加电压极性不相同。 5．陶瓷介质铂电阻请勿让学生随便取出，以免损坏陶瓷介质及拉断引线。 6．必须经教师检查线路接线正确，学生才能开启电源，实验结束应先关电源，才能拆除接线。 半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验 （本实验讲义由复旦大学基础物理实验中心协助提供） 【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-电压变换器测量弱电流。 4．测量PN结电压与温度的关系，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。 【实验原理】 PN结伏安特性及玻尔兹曼常数测量 由半导体物理学可知，PN结的正向电流-电压关系满足： (1) 式中是通过PN结的正向电流，是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，是热力学温度，是电子的电荷量，为PN结正向压降。由于在常温(300K)时，≈0.026v ，而PN结正向压降约为十分之几伏，则1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： (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。在测得温度后，就可以得到常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数。 在实际测量中，二极管的正向I-U关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电