【PN结的物理特性（mdash及实验报告）】一、实验目的

本实验旨在通过实际操作与数据分析，深入理解PN结的基本结构及其在不同工作条件下的物理特性。通过对正向和反向偏置下电流-电压特性的测量，掌握PN结的单向导电性，并进一步分析其在半导体器件中的应用原理。

二、实验原理

PN结是由P型半导体与N型半导体通过扩散或掺杂工艺结合而成的一种基本半导体结构。在无外加电压时，由于载流子浓度差异，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，形成一个空间电荷区，也称为耗尽层。该区域内的电场方向由N区指向P区，阻止了多数载流子的继续扩散，从而形成稳定的平衡状态。

当PN结两端施加外部电压时，其行为将根据电压的方向发生变化：

1. 正向偏置：P区接电源正极，N区接负极，此时外加电场与内建电场方向相反，降低了势垒高度，使得多数载流子容易通过，形成较大的正向电流。

2. 反向偏置：P区接负极，N区接正极，外加电场与内建电场方向相同，增强势垒，使得多数载流子难以穿过，仅存在少量的反向饱和电流。

三、实验仪器与材料

- 万用表（数字式）

- 直流稳压电源

- PN结二极管（如1N4148）

- 示波器（可选）

- 导线若干

- 电阻（用于限流）

四、实验步骤

1. 将PN结二极管接入电路中，确保连接正确，避免短路。

2. 使用直流稳压电源对二极管进行正向偏置，逐步增加电压，记录不同电压下的电流值。

3. 在正向偏置下，观察并记录电流随电压变化的趋势，绘制I-V曲线。

4. 改变电源极性，对二极管进行反向偏置，重复上述步骤，记录反向电流值。

5. 对比正向与反向电流的变化情况，分析PN结的单向导电性。

五、实验数据与分析

| 电压（V） | 正向电流（mA） | 反向电流（μA） |

|-----------|------------------|------------------|

| 0.0 | 0.0| 0.0|

| 0.2 | 0.0| 0.0|

| 0.4 | 0.1| 0.0|

| 0.6 | 0.5| 0.0|

| 0.8 | 1.2| 0.0|

| 1.0 | 2.5| 0.0|

| -0.5| 0.0| 0.1|

| -1.0| 0.0| 0.2|

从上表可以看出，在正向偏置下，随着电压的升高，电流迅速上升，表现出明显的非线性特性；而在反向偏置下，电流非常小且几乎不变，说明PN结具有良好的单向导电性。

六、实验结论

通过本次实验，我们验证了PN结在正向与反向偏置下的电流-电压特性，证实了其单向导电性。实验结果表明，PN结在正向偏置时呈现低阻状态，而在反向偏置时则处于高阻状态，这种特性是二极管、晶体管等半导体器件工作的基础。

此外，实验还揭示了PN结内部载流子的运动规律以及电场对载流子迁移的影响，有助于加深对半导体物理特性的理解。

七、思考与拓展

1. 为什么PN结在正向偏置时电流迅速增大？

2. 反向击穿现象是否在本次实验中出现？如何避免？

3. 如果使用不同的二极管型号，实验结果会有何不同？

通过这些问题的思考，可以进一步加深对PN结物理特性的理解，并为后续学习其他半导体器件打下坚实的基础。

附录：实验注意事项

- 实验过程中应严格遵守安全操作规程，防止过流损坏二极管。

- 使用万用表时，注意选择正确的测量档位。

- 实验结束后，及时关闭电源并整理实验台。

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参考文献

1. 《半导体物理》—— 刘恩科 编著

2. 《电子技术基础》—— 华成英 主编

3. 《大学物理实验教程》—— 高等教育出版社