半导体二极管及其基本特性

PN 结正向电压温度特性研究
五邑大学物理实验中心

PN结的两个显著特性

PN结具有单向导电性(二极管) PN结具有动态电阻,其正向电压降受温度影响显 著,且在一定条件下具有线性关系(温度传感器) PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、热响应快和 体小轻巧等特点，在温度数字化、温度控制以及用微 机进行温度实时讯号处理等方面体现出了它的独特性 和优良性，是其它温度传感器（如热电偶、测温电阻、 热敏电阻等）所不能相比的。目前，主要以硅为材料， 原因是硅材料易于实现功能化，即可将测温单元和恒 流、放大等电路组合成一块集成电路。在非线性误差 不超过0.5%的条件下，硅材料温度传感器的测温范围 为-50℃~150℃。如果采用不同材料，如锑化铟或砷化 镓，可以拓宽传感器低温区或高温区的测温范围。
3．PN结温标转换
k C VF Vg 0 ( ln )T e IF
温度T是热力学温度，在实际使用时会有不变之处，为此， 进行温标转换，采用摄氏温度 t 来表示。 即 T=273.2+t
T (273.2 t0 ) (t t0 )
室温
VF (t ) VF (t0 ) V
ຫໍສະໝຸດ Baidu

仪器介绍：
TH-J型PN结正向压降温度特性实验组合仪
样 品 架
A为样品室，是一个可卸 的筒状金属容器。待测PN 结样管和测温元件均置于 样品座B上，其管脚通过 高温导线分别穿过两旁空 心细管与顶部插座P1连接。 被测PN结的温度和电压信 号通过P1插件的专用线输 入测试仪。
引线架
TH-J型PN结正向压降温度特性测试仪
-
-
-
-
内电场
正向 2．PN结温度传感器的基本方程和测温原理 正向 电流
eVF I F I S exp kT
r
压降
电子 电量 热力学 温度
反向饱 VF跟T 是线 和电流 性关系 S
eVg 0 波尔兹 I CT exp kT 曼常数 与PN结的结面积
k C VF (t0 ) Vg 0 e ln I (273.2 t0 ) F
k C V ln (t t0 ) S (t t0 ) e IF
灵敏度
V (t t0 ) S
4． 确定PN结材料的禁带宽度
禁带宽度
Eg 0 eVg 0
及掺杂浓度等有 k C 在一定温度范 krT VF 关的常数 Vg 0 ( ln )T ln T 围内是常数
e
IF
e
V1 Vn1
绝对零度（即 0K）时PN结材 料的导带底和 在允许的温度变 价带顶的电势 化区间内，在恒 差，对于给定 流供电条件下 的PN结材料， 为定值 适用范围？
电流不变时,PN结的正向电压降 随温度变化的关系
电流
电压
1. PN结的形成
浓度差 多子扩散运动 空间电荷区 内电场
电子扩散方向
N + + + +
+ + + + + + + + + + + +
-
-
-
-
P
空穴扩散方向
动态平衡
+ + + + + + + + + + + +
空间电 荷区
少子漂移运动
+ + + +
绝对零度时PN 结材料的导带 底和价带顶的 电势差，对于 给定的PN结材 料，为定值
Eg 0 e[VF (t0 ) (273.2 t0 ) S ]
实验目的：

1． 了解PN结正向电压随温度变化的基本规 律。 2． 测绘恒流条件下PN结正向电压随温度变 化的关系图线。 3． 确定PN结的测温灵敏度S和被测PN结材料 的禁带宽度 Eg0。