PN结正向压降和温度的关系的研究.docxVIP

论文目录题目：PN结正向压降与温度关系的研究1第一章介绍2第二章历史背景2第三章研究意义(PN结传感器的性能特点)3第四章 PN结温度传感器的原理及公式推导4第五章实验设计：测温并计算Eg5第六章实验数据记录，处理7第七章结论9PN结正向压降与温度关系的研究姓名：巫佳毅学号：19820092203919摘要：常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它的不足之处。PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、热响应快、体积小、轻便和集成化等特点，所以其应用势必日趋广泛，但是这类温度传感器的工作温度一般为-55℃～150℃，与其它温度传感器相比，测温范围的局限性较大。随着半导体工艺水平的提高以及人们不断地探索，到六七十年代时，PN结以及在此基础发展起来的晶体温度传感器，已成为一种新的测温技术跻身于各个应用领域了。本课题着重于研究PN结正向压降与温度的关系，并且估算被测PN结材料硅的禁带宽度Eg。关键词：PN结温度传感器，禁带宽度Eg介绍什么是PN结呢？把一块P型半导体和一块N型半导体（例如P型硅和N型硅）结合在一起，在两者的交界面处就形成了所谓的P-N结。具体的例如：在一块N型（或P型）半导体单晶上，用适当的工艺方法（如合金法，扩散法，生长法，离子注入法等）把P型（或N型）杂质掺入其中，使这块单晶的不同区域分别具有N型和P型的导电类型，在二者的交界面就形成了P-N结。P-N结具有单向导电性。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。此即PN结压降。早在六十年代初，人们就试图用PN结正向压降随温度升高而降低的特性作为测温元件，由于当时PN结的参数不稳定，始终未能进入实用阶段。随着半导体工艺水平的提高以及人们不断地探索，到六七十年代时，PN结以及在此基础上发展起来的晶体管温度传感器，已成为一种新的测温技术跻身于各个应用领域了。历史背景众所周知，常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它的各自不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度小，线性差且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小、缺点是非线性，这对于仪表校准和控制系统的调节均感不便；测温电阻器如铂电阻虽然精度高、线性好的长处，但灵敏度低且价格昂贵；而PN结温度传感器则有灵敏度高、线性好、热响应快和体积小轻巧等特点，尤其在温度数字化、温度控制以及用微机进行温度时讯号处理方面，乃是其他温度传感器不能相比的，其应用势必日益广泛。目前结型温度传感器主要以硅为材料，原因是硅材料易于实现功能化，即将测温单元和恒流、放大等电路组合成为一块集成电路。美国Motorola 电子器件公司在1979年就开始生产测温晶体管及其组件，如今灵敏度高达100mv/℃、分辨率不低于0.1℃的硅集成电路温度传感器也已问世。但是以硅为材料的这类温度传感器也不是尽善尽美的，在非线性不超过标准值0.5%的条件下，其工作温度一般为-50℃—150℃，与其他温度传感器相比，测温范围的局限较大，如果采用不同材料如锑化铟或砷化镓PN结可以展宽低温区或高温区的测量范围。八十年代中期我国就研制成功以碳化硅为材料的PN结温度传感器，其高温区可延伸到500℃，并荣获国际博览会金奖。自然界有丰富的材料资源，而人类具有无穷的智慧，理想的温度传器需要我们去探索、去开发。正因如此，本题目意在以实验的方式，呈现出PN结正向压降与温度关系。从最基本原理出发，通过自己动手实验，了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式并作出正向压降随温度变化的曲线。通过做这些事，去更深入的了解PN结的这一特性，有助于我们更深入的研究PN结温度传感器。第三章研究意义：PN结传感器的性能特点PN传感器之所以值得我们花大量时间去探索，去开发，是因为其有不同于其他传感器的优势：1.测量范围宽该传感器以正向导通的PN结结电压做测温参数，在正向电流不便的条件下，规定其长期连续工作的温度范围为-50℃—150℃。2.灵敏度高传感器是以结电压对温度的变化量为测温灵敏度。