Fizika félvezető fénykibocsátó diódák
Lab № 7
Célkitűzés: Tanulmányozni a sugárzásos rekombináció a p-n-csomópontok; LED emissziós spektrumát tanulmányozása gallium-arzenid; meghatározzuk a külső kibocsátási kvantumhatásfok; beszerzése áram-feszültség jellemzői a LED és a meghatározása a Planck-állandó.
Műszerek és kiegészítők. monokromátor MUM, voltmérő V7-22A LED (piros) a panel, tápegység (korona), a feszültségszabályozó, ampermérő mutatója típusát.
elméleti bevezetés
§1. sugárzásos rekombináció mechanizmusa a p-n-csomópontok
Ha egy félvezető gerjesztett egyensúlyi elektron-lyuk párok, azok egyes energia után rekombináció sugárzott a fénymennyiség. Ezt a folyamatot nevezik sugárzásos rekombináció. Az egyik kényelmes módon, hogy elektron-lyuk párok a félvezető, - egy egyenáramú áthaladó p-n-csomópont. Amikor az előre áram halad át a p-n-csomópont. elektronok (ábra. 1) az n-régió mozgó (injektált) a p-régió. Mivel a p-régiónak van egy nagy lyuk sűrűséggel, hogy esett elektronok rekombinálódnak lyukakkal. A folyamat a rekombinációs elektronok és a lyukak kísérheti kibocsátása fénykvantumokra
Ábra. 2. Mechanizmusok emissziós
A sugárzási rekombináció - az egyetlen fizikai mechanizmusa fénykibocsátó dióda. Összefoglalva, a mechanizmus „sugárzásos rekombináció a következőképpen csoportosíthatók (lásd. Ábra. 2).
a). Interband rekombináció, amelyben az elektron áthalad a vezetési sáv a vegyértéksáv a lyuk közvetlenül a helyen, kibocsátó energia valamivel nagyobb bandgap.
b), c). A rekombinációs szabad hordozók által szennyező központok; elektron - akceptor vagy furat - a donor, amelyben a hordozót elfogott annak szennyező központ, majd rekombinált ingyenes hordozók az ellentétes előjelű.
g). Interimpurity vagy donor-akceptor rekombinációval, amelyben a hordozók rögzített saját szennyező központok, majd elektron átkerül a donortól az akceptor a folyamat aktus sugárzásos rekombináció; egy ilyen átmenet kell lennie részleges átfedés az elektron és a lyuk hullám funkciók.
Úgy véljük, a függőség a szabad energia az elektron vákuum, annak lendületét
ahol
Dependence ábrán látható. 3. ábra olyan diagram az energia szabad elektronok vákuumban, látható az impulzus térben (vagy térben hullám vektorok
félvezető chip szabad elektron lehet tekinteni szabad csak feltételesen, mert egy elektron egy periodikus potenciális kristályrács területen. Leírni a komplex törvények a mozgás az elektron egy kristály segítségével kapcsolatokat, más formában, mint a klasszikus mechanika törvényei, lehetséges, hogy vegye figyelembe a befolyása a belső erők az elektronokat módosításával értékét a tömeg, azaz bevezetése koncepció a tényleges tömegű elektron (vagy furat). Így az effektív tömeg - az a tényező, az arányosság jog összekötő ható külső erő az elektron a kristály, és a gyorsulása. Ennek megfelelően, a lendület az elektron a rács
az úgynevezett kvázi-lendület.
A vezetési sáv a félvezető képezhető több, egymást átfedő között egy megengedett energia sávok. Ennek megfelelően, az energia sávban szerkezet és az energia sáv diagram a félvezető quasimomenta tér (vagy k - tér) lehet több minimumok (4. ábra). Például, az energia diagramja gallium-arzenid vezetési sáv, kivéve a központi völgyben minimális energia egy hullámszám vektor k = 0-völgy van egy másik oldala, minimális energia, amely különbözik az előzőtől. Ez az energia diagram, amely a gallium-arzenid vezetési sávban létezhet elektronok, amelynek ugyanaz az energia, de egymástól eltérő quasimomenta, és így a magas effektív tömeg:
Ha P1<Р2. то
ahol
Így a félvezető (gallium-arzenid) létezhet szabad elektronok különböző mobilitású, „könnyű” elektív elektronok alacsony súly és nagy mobilitást a Central Valley, és a „nehéz” elektronok nagy hatékony tömegű és a mobilitás az alacsony oldali völgyek.
A mechanizmusok a sugárzásos rekombináció, amelyeket a leggyakrabban végre a fénykibocsátó diódák.
1). A sugárzási rekombináció miatt a közvetlen sugárzásos átmeneti zóna - a zóna (. Ábra a 4a) hajtjuk végre közvetlen-félvezető (GaAs, InAs, InSb, azok a szilárd oldatok GaAlAs et al.). Ezeket a félvezetőket abszolút minimum a vezetési sáv található ugyanazon az értéken quasimomentum
2). Ha a pozíció abszolút szélsőérték és C-
Mivel a kibocsátott sugárzás diódák rekombináció (azaz fluoreszcens), nem meleg, a spektrális eloszlása (5. ábra) sokkal szűkebb spektrális eloszlása feketetest-sugárzás, ami közel van a spektrumát izzók. LED-ek fontos gyakorlati alkalmazása, mint a kijelző vizuális információs eszközök, mert faktor konvertáló elektromos energiát fénnyé energia bennük nagy. A kifejlesztett félvezető anyagok jelenleg a legjobb a hatékonyság szempontjából is GaAsP vegyület. A tiltott sáv ezen vegyületek növekszik 1,424 eV (tiszta GaAs), hogy 1,977 eV (GaAsP vegyület).