半导体的特性

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇半导体的特性范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

半导体的特性范文第1篇

关键词：太阳能电池，开路电压，短路电流，温度特性

1、 引言

太阳能光伏发电技术是现阶段最具前途的发电技术。太阳能电池作为光伏发电的电源装置，其特性测试对提高其生产工艺水平和性能研究有重要的参考价值。然而太阳能电池发电的过程是个放热过程，温度的升高会降低硅半导体的禁带宽度，使其伏安特性变差。随着光伏电池温度的升高，开路电压明显减小，而短路电流略有上升，太阳能电池转换效率降低【1】。因此，温度是影响太阳能电池光电转换效率的重要因素之一，要提高太阳能的发电效率，必然避不开对温度特性的研究。

传统太阳能池特性测量的实验装置，主要研究太阳能电池的光照特性、I-V特性和负载特性，无法对温度特性进行测量。本文研制了基于半导体制冷片的温度控制装置，并在此基础上，测量不同温度条件下太阳能电池光照特性、I-V特性等参数的变化情况。

2、 原理

2.1太阳能电池

太阳能电池的主要结构是PN结，在没有光照时其特性可视为一个二极管，由二极管特性，可得到二极管电流Id为：

（1）

式中：IS为反向饱和电流，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电量，V为结电压。

当光照射在太阳能电池表面的PN结上时，只要入射光子的能量大于半导体材料的能隙，则光子被太阳能电池吸收而产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。以恒定速率产生的电子-空穴对提供了通过PN结的电流，如图1所示，EC为半导体导电带，EV为半导体价电带。

太阳能电池输出的净电流I是其光生电流和二极管电流之差，如图2所示，故光照条件下太阳能电池的伏安特性可表示为：

（2）

当太阳能电池的输出端短路时，即V=0，由（2）式可得到短路电流：ISC=Iph

当太阳能电池的输出端开路时，即I=0，意味着Iph=Id，由（2）式可得到开路电压：

（3）

填充因子是太阳能电池的一个重要指标，其定义为最大功率与开路电压与短路电流

（4）

随着温度升高，太阳能电池的短路电流略微增加，而开路电压和填充因子线性减小，导致输出功率和转换效率随温度升高而下降。

2.2半导体制冷原理

半导体制冷是以温差电现象为基础的制冷方法，它是利用“塞贝克”效应的逆效应-“帕尔帖”效应的原理达到制冷目的。将两种不同半导体材料组成两个接点，形成闭合回路，如果两接点的温度不同时，就会在回路中产生一个电势差，这种现象称为温差电效应，也称为塞贝克效应。反之，在两种不同半导体组成的闭合回路中，若通以直流电，就会使一个接点变冷，一个接点变热，从而形成温差，这称为“帕尔帖”效应。因此，通过控制电流的方向和大小，可以实现制冷/加热的目的。半导体制冷的优点在于无制冷剂，无噪声，不污染环境，体积小，重量轻，而且可电流反向加热，非常方便地实现冷却和加热两种目的。

3、 实验系统结构框图

实验系统主要由光源、太阳能电池板、制冷模块和温显模块等部分组成，如图3所示。实验采用3个制冷模块，并分别在单个模块工作、两个模块工作和三个模块全部工作的情况下实现对太阳能电池板工作环境温度的改变，并用温度显示模块记录高、中、低三个不同的实验温度。

3.1光源

为较好的模拟太阳光，白光光源选用碘钨灯，其发光光谱跟太阳光的光谱较为接近；基于现有实验条件，太阳能电池板选用普通单晶硅太阳能电池，其受光面积为150*150mm。这里光源和电池板采用FB736A型太阳能电池特性研究实验仪里的配件，可直接使用。

3.2制冷模块

半导体制冷器的基本元件是热电偶对，在帕尔贴效应的基础上实现的。本实验选用半导体制冷片TEC1-12706作为制冷元件，该制冷片最大产冷功率为58W，最大工作电压为15V，最大工作电流为5.8A，最大温差为67℃。要达到较好的制冷效果，除选用合适的电压电流外，热端要有良好的散热条件，冷端也要有良好的导冷条件。如图4所示，这里散热器采用纯铜导热管中加入制冷凝液，配合铝合金散热阵列，可更快传递热量，提高制冷效率。

3.3温度显示模块

温度显示模块由数显温度控制器与温度传感器探头组成，采用深圳兴达恒业科技的XD-W2308数显温控器和NTC热敏电阻温度传感器。该温控器测量精度为±0.1℃，测温范围可达-55℃～120℃，刷新频率0.2S，环境要求为-10℃～60℃，湿度要求20%～85%，可以满足本实验使用。选择热敏电阻作为本实验的温度传感器是因为热敏电阻具有高稳定性、小尺寸、灵敏和价格低等优点，每摄氏度可以改变几百欧姆，灵敏度比热电偶来得高。

4、 实验方法与结果

4.1测量不同温度下太阳能电池的光照特性：

把太阳能电池放在距离白光光源X0=20cm的水平距离接收到的光照强度作为标准光照强度J0，然后改变太阳能电池到光源的距离Xi，根据光照强度和距离成反比的原理，计算出各点对应的相对光照强度J/J0=X0/Xi的数值，分别在单个制冷模块工作、两个制冷模块工作和三个制冷模块工作的情况下，测量不同温度下太阳能电池的短路电流ISC和开路电压UOC与相对光强的函数关系。

测量结果如图5和图6所示：随着温度升高，太阳能电池的短路电流增加，开路电压减小。这是因为温度的升高降低了材料的禁带宽度，使更多的光子激发电子跃迁，进而产生更大的光生电流；另一方面，温度的上升使太阳能电池的暗电流呈指数增大，而开路电压随着暗电流的增加而降低，所以开路电压随着温度升高而减小，且开路电压减小的程度要大于短路电流增加的程度。

4.2测量不同温度下太阳能电池的I-V特性：

将太阳能电池作为电源与负载连成一个回路，在白光光源照射下，测量太阳能电池在不同负载电阻下，太阳能电池的输出电流I对输出电压U的变化关系曲线。分别在单个制冷模块工作、两个制冷模块工作和三个制冷模块工作的情况下，三次测量太阳能电池的I-V特性，测量结果如图7所示。同时可得到太阳能电池的最大输出功率值及其对应的负载电阻，如图8所示。

5、结束语

温度是影响太阳能电池效率的一个重要因素。本文设计了基于半导体制冷片的太阳能电池温度特性实验，实验结果很好的验证了温度对太阳能电池光照特性的影响：温度升高使得太阳能电池短路电流小幅升高，开路电压明显降低，光电转换效率明显下降。该实验有利于学生在完成传统太阳能电池基本特性实验的基础上，拓展了实验内容，能更好的理解太阳能电池的温度特性。

参考文献：

[1]孙鑫，王文静，李兴元.温度对太阳能电池特性的影响[J]. 实验室科学，2013，16（8）：21-23.

[2]吴国盛，闻腾，王振文，刘淑平. 太阳能电池的温度特性研究[J]. 通信电源技术，2013，30（1）：19-22.

[3]茅倾青，潘立栋，陈骏逸，陆申龙. 太阳能电池基本特性测定实验[J]. 物理实验，2004，24（11）：6-8.

[4]李冰. 半导体制冷技术及其发展[J]. 山西科技，2009（7）：95-101.

半导体的特性范文第2篇

【关键词】外腔半导体激光器；单片机；提高输出特性；PID控制

中图分类号：TN24

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2015）06-115-01

半导体激光器的稳频控制研究，不仅解除了半导体激光器在实际应用中的限制，而且解决了输出频率对其工作环境极其敏感而导致的其他不准确性，使半导体激光器的开发前景更为广阔；接下来，笔者就以单片机的外腔半导体激光器控制系统的应用与设计做简要分析。

一、半导体激光器的基本原理以及应用条件

半导体激光器又叫作激光二极管，工作时所使用的物质一般为半导体材料，采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，操作简单，使用方便，受到了很多部门的青睐；半导体激光器除去激光器的共同优点之外，还有如下优点：首先，半导体激光器的体积较其他激光器小，重量也轻，操作和使用起来会比较便易；此外，虽然半导体激光器驱动功率和电流较低，但是使用效率高，这就节约了部分能源，而且工作寿命长，这就避免了因经常更换激光器而造成的巨额费用，具有很好的经济性；最后，激光器可与半导体制造技术兼容，可以扩大生产量，而且更易于与各种光电子器件实现光电子集成；等等，正是由于这些优点，才使得半导体激光器得到了我国社会以及世界许多国家的广泛关注，同时也致使许多国家致力于该技术的研究，所以这些年来，半导体激光器技术不仅应用广泛，而且发展迅速，在诸多激光器的发展中抢占了先机。半导体激光器除这些优点之外，使用原理也较为简单；由于外界环境对半导体激光器的干扰及影响较大，所以随时间的变化，输出频率有着较大的变动。注入电流、工作温度、载流子浓度、腔长、增益等都是影响激光器输出频率的因素，而在这诸多的影响因素中，最容易调控的是注入电流和外界的工作温度，所以我们往往通过控制这两个因素来提高运行频率的稳定性，可以利用原子或分子跃迁线作为频率标准实现激光频率锁定，进而使得激光频率得以稳定，使控留模块得以调控。

二、半导体激光器控制系统采用PID温度控制的必要性

PID控制电路是半导体激光器温度控制模块中不可缺少的一部分，工作原理如下：当激光器因长期工作而发热时，具有负温特性的热敏电阻就会及时的把温度变化的信号转换成电阻值的变化，此时的热敏电阻充当温度传感器的作用，由此，便可测出电压的变化，然后再用该变化同起初设定的高精度基准温度的电压相互比较，再将比较结果经过高精密的差分信号处理后的电路放大，进一步保证了激光器温度控制电路中的高精度；为保证系统具有良好的稳定性，及其良好的动态特性，再将放大的信号转入到比例一积分一微分的控制电路中，并且该电路不仅应该具有稳定性能指标，还应该满足闭环系统瞬态的特性，最后，再根据半导体制冷器所需要的电流，制冷器再按照其要求完成半导体激光器的冷却或加热，由此，该系统便可形成闭环反馈系统，保证了半导体激光器能够在恒温下进行，从而消除外界环境多变的温度的影响。

三、半导体激光器控制系统的设计要求

输入系统电流的稳定性对半导体激光器的输出信号有非常重要的影响，这是因为，半导体激光器的正常工作是依靠载流子的直接注入来完成的，这就要求该系统具有较好的稳定性，不仅工作电流要有较高的稳定性，而且驱动电源也应该是一个恒流源；与注入电流相比，温度对输出光频率的影响要大，当半导体激光器中的内部温度升高时，输出功率反而会变小，而在干涉测量的试验中，就要求输出功率有非常高的稳定性，从而避免引发模式跳跃现象；为保证半导体激光器的内部稳定性，要将温度变化控制在0.05度以内，因为在这个范围内温度的变化可以忽略不计，对系统的稳定性的影响也可以认为不存在。

半导体的特性范文第3篇

关键词半导体；材料；芯片；发展；应用；技术；

中图分类号：O471 文献标识码：A 文章编号：

引言

自然界中的物质，根据其导电性能的差异可划分为导电性能良好的导体（如银、铜、铁等）、几乎不能导电的绝缘体（如橡胶、陶瓷、塑料等）和半导体（如锗、硅、砷化镓等）。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。它的导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。

一、半导体材料的概念与特性

当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。 半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用， 这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。 半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。 首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得 PN 结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等； 半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。 这种种特性使得半导体获得各种各样的用途， 在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。

二、几种主要半导体材料的发展现状与趋势

（一）硅材料

硅材料是半导体中应用广泛的一类材料，目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC's）技术正处在由实验室向工业生产转变中。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC'S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

（二）GaAs和InP单晶材料

GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

（三）半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我国早在1999年，就研制成功980nm InGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

（四）一维量子线、零维量子点半导体微结构材料

基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμ蘭左右，单管室温连续输出功率高达3．6～4W。1.5 宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED)和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。

三、半导体材料发展的几点建议

GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需求。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料。

（一）超晶格、量子阱材料

从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。

宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。

（二）一维和零维半导体材料的发展设想

基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

结束语

随着信息技术的快速发展和各种电子器件、 产品等要求不断的提高， 半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。 在经过以 Si、GaAs 为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。 我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时， 加速发展第三代半导体材料。 目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。 随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡， 我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。 相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！

参考文献

［1］沈能珏,孙同年,余声明,张臣.现代电子材料技术.信息装备的基石［M］.北京：国防工业出版社,2002.

［2］靳晓宇.半导体材料的应用与发展研究［J］.大众商务,2009,(102).

［3］彭杰.浅析几种半导体材料的应用与发展［J］.硅谷, 2008,(10).

半导体的特性范文第4篇

【关键词】半导体发光二极管 负电容 特性 影响

由于半导体二极管的应用范围广，其作用也十分明显，使得其电特性研究一直是人们关注的重点。在对半导体二极管的测量中，传统的I-V测量法仍然是现在评价二极管测量器件与电特性的基本方法，但是目前的I-V分析法需要在某些假设的基础上才可以成立，存在一定的局限性，加上传统的C-V方法和各种电容谱方法都需要在反向偏低下的耗尽层模型基础上实现，并且仅仅涉及到了电容谱，还由于不同二极管的负电容特性在社会中解释有较大的出入，所以需要进一步的对半导体二极管负电容现象进行研究。

1 实验样品与测试的设备

本文测试中所用到的实验样品和测试设备如下，其中的1#-5#样品是GaN蓝光发光二极管，采用的是金属有机气相外延法，首先在厚约2.4μm，载流子浓度为2.5×1018cm-3的n-GaN上生长InGaN/GaN量子阱，接着生长一层p-AlGaN，最后生长一层p-GaN，随后将透明电极与p-GaN一起在800℃下进行退火激活，至于N电极则采用Ti/Au金属化的方法，将其在550℃的温度下进行退火激活，时间大概为10s，P电极采用的是Ni/Au的金属化方法，并在500℃的氮气环境下退火激活，时间大概为3min。半导体二极管的结面积是280μm×280μm，其余的试样样品都为采购的商业用的发光二极管[2]。

对于1#与2#中发光二极管的表观电容和表观电导的测量，采用的是HP4284A LCR Meter测量设备，其他的样品采用的是常州同慧电子有限责任公司提供的TH2819 Precisiom LCR Meter，对所有的样品测量时都采用并联等效测试电路，测量时利用HP4140B参数分析仪测量样品的I-V特性，至于交流电压调制发光测试和低频特性的发光测试采用的是交流小信号电压调制发光设备与低频交流测试设备，核心仪器为7265 DSP Lock-In Amplifier。所以的样品测量时都在同一环境下同一温度下进行。

2 测试的结果分析

2.1 1 #样品组测试结果

1#样品组在3.5v偏压下结电容和表观电容的关系图如图1显示。

从上述的结果可以看出，1#样品组的正向偏压越大和频率越低，出现负电容现象越突出，只要偏压足够的大，在1MHZ以下的测试频率下，结电容与表观电容最终都会是负值。此外，还可以看出，计算的结电容的值的绝对值要比直接并联测量的图1表观值的绝对值要大，并且两者之间的差距会随着正向偏压的增加而增加，从这里可以得出在较大的偏压情况下，表观电容与结电容有较大的差别，不能将两者混为一谈。

从测试的结果来看，2#样品组在不同频率下的并联表观电容与结电容随着偏压的变化和1#测试组没有明显的差异，基本上负电容和偏压变化的规律和1#样品组大体相同，但是从图中也能够看出一些不同的地方，即2#样品组在低频时，正电容出现的下降过程呈现出台阶式，这种情况在1#组并没有，这说明了2#样品组在低频时正向偏压增大先慢慢的上升，当正向偏压到2.2v左右时快速的下降，随后又波动性的上升，当正向偏压增大到2.8v时，缓慢的降低，最终成为负值，而1#样品组的电容从正值开始就一直下降，直到变成负值，中间并没有波动上升的过程。

3 发光特性测试结果

通过对1#组和2#组样品的发光特性进行测试，发现1#组的样品电压调制发光的强度随着正向偏压的增大而发光强度越强，当正向电压较小，发光并不明显，当正向电压到2.6v时，开始明显的发光，随后慢慢增强，但当电压到3.5v左右时，发光的强度开始下降。分析得出，在2.6v时，电压值比开始出现的负电容电压要小，在低频相同偏压下，发光强，负电容也强，但是随着频率不断升高，发光和负电容明显下降，使得在较高的频率下，负电容效应弱，发光弱。对于2#组，在1kHz的频率下，发光较强的电压从3.6v开始，这要比开始出现负电压的电压要低，随着频率不断上升，发光强度逐渐减弱，在100kHz时，没有明显的发光现象。这些现象和1#样品组的测试结果较为一致，不同的是2#样品组的发光曲线在低频小电压范围中会出现一个小发光峰，这点区别于1#样品组.。

4 结束语

通过上述的试验结果可以看出，在一定的测试频率范围中，在小正向偏压时，无论正电容如何变化，对电容值的影响不大，只有正向偏压增大才会出现电容值为负值的情况，这也说明，器件中还存在着其他的原因导致的负电容，这也说明了小偏压下电容为正值，反之为负值，通过发光实验也能很好的证明这一点。由于本人的水平有限，还需要相关人士给予补充说明，本文仅为参考。

参考文献

[1]谭延亮，游开明，陈列尊等.发光二极管负电容与角频率的关系[J].半导体学报，2011，28（5）：741-744.

[2]冯列峰.半导体发光二极管中负电容现象的理论研究[D].天津大学，2012.

[3]王军.半导体发光二极管正向电学和发光特性的实验研究[D].天津大学，2012.

[4]朱传云.半导体发光二极管中的负电容现象[D].天津大学，2011.

半导体的特性范文第5篇

关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性

1、引言

热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为:

Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件

常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。

Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件

常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。

2、实验装置及原理

【实验装置】

FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。

【实验原理】

根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为

（1—1）

式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为

（1—2）

式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。

对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有

（1—3）

上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值，

以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。

热敏电阻的电阻温度系数 下式给出

（1—4）

从上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时的电阻温度系数。

热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。

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当负载电阻 ，即电桥输出处于开

路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。

若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4R4+R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：

（1—5）

在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则

（1—6）

式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得R，从而求的 =R4+R。

3、热敏电阻的电阻温度特性研究

根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。

根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。

表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性

温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据

i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4

热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4

0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4

0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9

4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。

4、实验结果误差

通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：

表三 实验结果比较

温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823

相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。

5、内热效应的影响

在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。

6、实验小结

通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。

参考文献：

[1] 竺江峰，芦立娟，鲁晓东。 大学物理实验[M]

[2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验（二、电磁学部分）[M] 北京：高等教育出版社