半导体PN结电流─电压关系特性是半导体器件的基础，也是半导体物理学和电子学教学的重要内容。

1. 研究PN结的正向电流、电压及温度之间的关系，计算玻尔兹曼常数和禁带宽度。
2. 学习实验数据处理，根据残差图分析经验公式的优劣。
3. 了解用运算放大器组成电流-电压变换器的方法测量弱电流。

参见参考资料1中的实验5－9。

PN结的正向电流I、正向电压U及所处温度T满足：

式中，I_S为反向饱和电流。在常温条件下，U>0.2V时，可近似为：

又有：

式中，I₀为常数，E_g，γ为一常数（对于硅，γ约为3.4）。由于T^γ随温度变化较缓慢，故I_S随温度变化主要由决定。因此，I_S随温度升高而迅速增大。

实验装置包括：PN结实验仪、TIP31型三极管、恒温装置（显示精度0.01℃，不确定度限值a=0.04℃）、数字电压表（RATE为S慢速时，最大显示值99999，不确定度限值

，U为电压示数）。

1. 保持温度不变（在室温下），测量PN结正向电流与电压的关系。（为什么选室温？）
   • 粗略测量PN结正向电压及正向电流所对应的电压之间的关系，由此选择合适的、量程，确定细测范围。（大致变化范围多少较合适？）
   • 测量PN结正向电流与电压的关系。（注意记录测量前后的温度，保持温度不变。小于多少可视为温度不变？）
   • 对实验数据分别作幂函数和指数函数拟合，分析它们的残差图，评价拟合结果的优劣。
   • 计算玻尔兹曼常数。
2. 测量PN结的温度特性。
   • 将水温升高5℃左右，观测PN结正向电压及正向电流发生的变化，并与室温时的细测数据作比较：相同的正向电流所对应的电压如何变化？变化多少？（一般情况下研究数据的变化，主要看变化的绝对数值和相对数值。）
   • 在不同的温度下（间隔5℃左右，最高温度与最低温度相差约30℃），保持电流不变，测量PN结正向电压与温度的关系。（注意测量过程中的温度波动。）
   • 对实验数据作拟合，并计算PN结材料的禁带宽度。

1. 沈元华、陆申龙主编.基础物理实验.北京：高等教育出版社.2003年.
2. 刘恩科、朱秉升、罗晋生等编著.半导体物理学（第4版）.北京：国防工业出版社.1997年.

欢迎同学在此提问、讨论。 — 乐永康 2014/12/28 01:15

请问老师，您上课时说电压表不确定度限值为 a = 0.02% * U + 末位6，网页上实验原理部分写的是 a = 0.02 * U + 末位6。应该以哪个为准呢？谢谢老师！ — 吕盎然 2020/10/27 20:04

肯定是±(0.02%+6)啦，对于一台5位的高精度万用表，这个精度基本上肯定有的了。2%的大概是那种十几块钱的3位半表吧。 — 张翊凡 2020/11/11 13:34

已修正。感谢2位同学的“找茬”！