PN结正向压降与温度关系的研究.docx

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题目：TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc345869704"PN结正向压降与温度关系的研究 PAGEREF_Toc345869704\h1
HYPERLINK\l"_Toc345869705"第一章介绍 2
HYPERLINK\l"_Toc345869706"第二章历史背景 2
HYPERLINK\l"_Toc345869707"第三章研究意义(PN结传感器的性能特点) 3
HYPERLINK\l"_Toc345869708"第四章PN结温度传感器的原理及公式推导 4
HYPERLINK\l"_Toc345869709"第五章实验设计：测温并计算Eg 5
HYPERLINK\l"_Toc345869710"第六章实验数据记录，处理 7
HYPERLINK\l"_Toc345869711"第七章结论 PAGEREF_Toc345869711\h9


PN结正向压降与温度关系的研究
姓名：巫佳毅学号：

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