Файл: Лабораторная работа 3 По дисциплине физика тема Светодиоды Автор студент гр. Бтб 19 Баженова Е. В. (подпись) (Ф. И. О.).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 34
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
) · 
;
- Экспериментальные значения
- I = f(U)
Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика для красного светодиода
- Экспериментальные значения
- I = f(U)
Рисунок 3 – Вольт-амперная характеристика для оранжевого светодиода
- Экспериментальные значения
- I = f(U)
Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика для зеленого светодиода
В ходе лабораторной работы знакомлены с понятием «гетеропереход» и физическими принципами работы светодиодов. Кроме того, рассчитано значение постоянной Планка.
Окончательный результат
=
(
±
) · ;
=
(
±
) ·
;
=
(
±
) · ;
Таким образом, относительная погрешность косвенных измерений имеет значение для красного светодиода ‒ 0,71%, для оранжевого светодиода ‒ 0,65 %, для зеленого светодиода ‒ 0,68 %. Сравнительная оценка для красного светодиода ‒ 2,48%, для оранжевого светодиода ‒ 2,65 %, для зеленого светодиода ‒ 1,87 %. Полученные результаты говорят о достаточно точной методике измерения и высокой точности измерительных приборов.
Ответы на контрольные вопросы (для защиты)
1) Что такое светодиод? Светоизлучающий диод – полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения.
2) Объясните принцип образования p-n перехода. Как возникает диффузное поле? Назовите основные отличия гетероперехода от p-n перехода.
А) Чтобы получить электронно-дырочный переход (p-n-переход), нужно в одном и том же кристалле полупроводника образовать тоненькую границу полупроводника с разными типами проводимости. Проще всего это можно сделать так называемым сплавным методом.
В качестве основы берут пластинку из монокристалла германия, который имеет проводимость n-типа. Сверху кладут кусочек трехвалентной примеси, например индия, и нагревают до 450—500 °C. При этом германий и индий сплавляются и после охлаждения получается p-n-переход. Тонкий слой германия обогащается индием, вследствие чего получается проводимость p-типа. Этот слой в месте контакта с германием n-типа образует электронно-дырочный переход (p-n-переход).
Б) При образовании гетероперехода, из-за различия работ выхода электронов из разных полупроводников, происходит перераспределение носителей заряда в приконтактной области и выравнивание уровней Ферми. В результате установления термодинамического равновесия, остальные энергетические уровни изгибаются – возникают диффузионное электрическое поле и контактная разность потенциалов.
В) Гетеропереход - переходный слой с существующим в нем диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками. Отличие гетеропереходов от обычного p-n перехода заключается в том, что в обычных p-n переходах используется один и тот же вид полупроводника.
3) Расскажите о типах гетеропереходов и их основных особенностях (фундаментальных свойствах).
Гетеропереходы делятся:
1) гетеропереход первого типа. В гетеропереходах первого типа валентная зона и зона проводимости узконаправленного полупроводниика «вставлены» в запрещенную зону широкозонного материала;
2) ступенчатый гетеропереход второго типа. В гетеропереходах второго типа разрывы валентной зоны и зоны проводимости на гетерогранице могут быть столь большими, что зона проводимости одного материала будет лежать ниже валютной зон другого материала;
3) разъединенный гетеропереход второго типа;
Фундаментальным свойством гетеропереходов второго типа является пространственное разделение электронов и дырок и их накопление в самосогласованных квантовых ямах на границе перехода. Из-за пространственного разделения носителей может происходить туннельная излучательная рекомбинация через гетерограницу второго типа с энергией излучения меньше ширины запрещенной зоны узкозонного материала.
В гетеропереходах второго типа на границе раздела между двумя различными по хим. составу полупроводниками, в образованных потенциальных ямах, происходит накопление со стороны одного полупроводника – электронов, а со стороны другого полупроводника – дырок. Накопленные противоположные заряды различных зон оказывают влияние друг на друга.
4) Для изготовления какого светодиода необходимо взять полупроводник с большей шириной запрещённой зоны - красного или фиолетового? Фиолетового.
5) Как влияет температура на яркость светодиода? Яркость светодиода с увеличением температуры падает.
6) Что называется внутренним квантовым переходом и почему он не равен внешнему? Внутренний квантовый выход – отношение излученных фотонов к числу рекомбинировавших пар носителей. Если бы рекомбинация неравновесных электронов и дырок, в активной области происходила только с излучением фотонов, то внутренний квантовый выход был бы равен 100%. Однако значительная часть актов рекомбинации не заканчивается выделением энергии в виде фотонов. Такие переходы электронов между энергетическими уровнями называют безызлучательными. Соотношение между излучательными и безызлучательными переходами зависит от ряда причин, в частности от структуры энергетических зон полупроводника, наличия примесей, которые могут увеличить или уменьшить вероятность излучательных переходов.
7) Объясните каким образом можно по вольт-амперной характеристике светодиода определить постоянную Планка. Сначала на графике ток медленно возрастает, потом, когда напряжение достигнет U0 сила тока резко возрастает и светодиод начинает излучать свет.
;-
Графический материал
- Экспериментальные значения - I = f(U)Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика для красного светодиода
- Экспериментальные значения - I = f(U)Рисунок 3 – Вольт-амперная характеристика для оранжевого светодиода
- Экспериментальные значения - I = f(U)Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика для зеленого светодиода
-
Анализ полученного результата. Вывод
В ходе лабораторной работы знакомлены с понятием «гетеропереход» и физическими принципами работы светодиодов. Кроме того, рассчитано значение постоянной Планка.
Окончательный результат
= ( ± ) · ; = ( ± ) ·
;
= ( ± ) · ;Таким образом, относительная погрешность косвенных измерений имеет значение для красного светодиода ‒ 0,71%, для оранжевого светодиода ‒ 0,65 %, для зеленого светодиода ‒ 0,68 %. Сравнительная оценка для красного светодиода ‒ 2,48%, для оранжевого светодиода ‒ 2,65 %, для зеленого светодиода ‒ 1,87 %. Полученные результаты говорят о достаточно точной методике измерения и высокой точности измерительных приборов.
Ответы на контрольные вопросы (для защиты)
1) Что такое светодиод? Светоизлучающий диод – полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения.
2) Объясните принцип образования p-n перехода. Как возникает диффузное поле? Назовите основные отличия гетероперехода от p-n перехода.
А) Чтобы получить электронно-дырочный переход (p-n-переход), нужно в одном и том же кристалле полупроводника образовать тоненькую границу полупроводника с разными типами проводимости. Проще всего это можно сделать так называемым сплавным методом.
В качестве основы берут пластинку из монокристалла германия, который имеет проводимость n-типа. Сверху кладут кусочек трехвалентной примеси, например индия, и нагревают до 450—500 °C. При этом германий и индий сплавляются и после охлаждения получается p-n-переход. Тонкий слой германия обогащается индием, вследствие чего получается проводимость p-типа. Этот слой в месте контакта с германием n-типа образует электронно-дырочный переход (p-n-переход).
Б) При образовании гетероперехода, из-за различия работ выхода электронов из разных полупроводников, происходит перераспределение носителей заряда в приконтактной области и выравнивание уровней Ферми. В результате установления термодинамического равновесия, остальные энергетические уровни изгибаются – возникают диффузионное электрическое поле и контактная разность потенциалов.
В) Гетеропереход - переходный слой с существующим в нем диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками. Отличие гетеропереходов от обычного p-n перехода заключается в том, что в обычных p-n переходах используется один и тот же вид полупроводника.
3) Расскажите о типах гетеропереходов и их основных особенностях (фундаментальных свойствах).
Гетеропереходы делятся:
1) гетеропереход первого типа. В гетеропереходах первого типа валентная зона и зона проводимости узконаправленного полупроводниика «вставлены» в запрещенную зону широкозонного материала;
2) ступенчатый гетеропереход второго типа. В гетеропереходах второго типа разрывы валентной зоны и зоны проводимости на гетерогранице могут быть столь большими, что зона проводимости одного материала будет лежать ниже валютной зон другого материала;
3) разъединенный гетеропереход второго типа;
Фундаментальным свойством гетеропереходов второго типа является пространственное разделение электронов и дырок и их накопление в самосогласованных квантовых ямах на границе перехода. Из-за пространственного разделения носителей может происходить туннельная излучательная рекомбинация через гетерограницу второго типа с энергией излучения меньше ширины запрещенной зоны узкозонного материала.
В гетеропереходах второго типа на границе раздела между двумя различными по хим. составу полупроводниками, в образованных потенциальных ямах, происходит накопление со стороны одного полупроводника – электронов, а со стороны другого полупроводника – дырок. Накопленные противоположные заряды различных зон оказывают влияние друг на друга.
4) Для изготовления какого светодиода необходимо взять полупроводник с большей шириной запрещённой зоны - красного или фиолетового? Фиолетового.
5) Как влияет температура на яркость светодиода? Яркость светодиода с увеличением температуры падает.
6) Что называется внутренним квантовым переходом и почему он не равен внешнему? Внутренний квантовый выход – отношение излученных фотонов к числу рекомбинировавших пар носителей. Если бы рекомбинация неравновесных электронов и дырок, в активной области происходила только с излучением фотонов, то внутренний квантовый выход был бы равен 100%. Однако значительная часть актов рекомбинации не заканчивается выделением энергии в виде фотонов. Такие переходы электронов между энергетическими уровнями называют безызлучательными. Соотношение между излучательными и безызлучательными переходами зависит от ряда причин, в частности от структуры энергетических зон полупроводника, наличия примесей, которые могут увеличить или уменьшить вероятность излучательных переходов.
7) Объясните каким образом можно по вольт-амперной характеристике светодиода определить постоянную Планка. Сначала на графике ток медленно возрастает, потом, когда напряжение достигнет U0 сила тока резко возрастает и светодиод начинает излучать свет.