Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej Laboratorium z przedmiotu: Fizyka przyrządów półprzewodnikowych		Ćwiczenie numer 1: Temat: Pomiar charakterystyk I-V-T złącza p-n.
Małgorzata Lewandowska W-4 rok I	Nr 180425	Środa 13.15 12.05.2010r.	Ocena:

Przyrządy pomiarowe:

-Stacja robocza (komputer z programem do opracowywania wyników - CHARACT)

-2 Multimetry RS232

- Diody LED o różnej długości fali

Przebieg pomiaru:

Schemat pomiarowy:

W ćwiczeniu dokonuje się pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych diod LED dla polaryzacji w kierunku przewodzenia - dla prądu I 25[mA].

Woltomierz i amperomierz (multimetry) podłączone są do komputera, na którym uruchomiony jest program Charact służący do sczytywania dokonanych pomiarów.

Wartość napięcia na zasilaczu ustawiona jest na 6[V].

Podczas pomiaru obserwuje się także, dla jakich wartości prądu i napięcia poszczególne diody

zaczynają świecić.

Opracowane wyniki pomiarów:

1.Tworzenie wykresów charakterystyk prądowo-napięciowych diod elektroluminescencyjnych.

Surowe wyniki pomiarów natężenia zostały zapisane w miliamperach. Wyniki pomiarów napięcia - w miliwoltach. Aby narysować wykresy zależności prądu od napięcia dla poszczególnych diod przekształcono wyniki do pełnych jednostek - ampera i wolta.

Do obliczeń rezystancji szeregowych wykorzystany został wzór:

Wykresy oraz obliczenia:

Rezystancja szeregowa pierwszej diody:

Aby obliczyć wysokość bariery potencjału,

należy przyrównać do zera równanie prostej aproksymującej wykres:

y = 0,4165x - 0,8117 → y = 0 ↔ x = 1,95, stąd

V_bi = 1,95

Rezystancja szeregowa drugiej diody:

Wysokość bariery potencjału drugiej diody:

V_bi = 2,01

Rezystancja szeregowa trzeciej diody:

Wysokość bariery potencjału trzeciej diody:

V_bi = 1,85

Rezystancja szeregowa czwartej diody:

Wysokość bariery potencjału czwartej diody:

V_bi = 1,92

Rezystancja szeregowa piątej diody:

Wysokość bariery potencjału piątej diody:

V_bi = 1,13

Wartości energii wzbronionych półprzewodników z których zostały wykonane diody,

gdzie:

Kolor/numer	[nm]	półprzewodnik
Zielona/I	575	AlGaInP
Żółta/II	585	GaAsP/GaP
Pomarańczowa/III	620	AlGaInP
Czerwona/IV	660	GaAlAs
Podczerwona/V	940	GaAlAs

Wartość energii wzbronionej liczona jest ze wzoru:

, gdzie h - stała Plancka, c - prędkość światła w próżni,
 długość fali odpowiadająca maksimum zdolności emisyjnej diody LED.

h = 6,62 * 10^-34[J*s] c = 3 * 10⁸ [m/s] → h*c = 19,86 * 10^-26 [J*m]

E_g1 = 19,86*10^-26/575*10^-9 = 3,45*10^-19 [J] = 2,21 eV

E_g2 = 19,86*10^-26/585*10^-9 = ,^ J] = 2,18 eV

E_g3 = 19,86*10^-26/625*10^-9 = ,^ J] = 2,06 eV

E_g4 = 19,86*10^-26/665*10^-9 = ,^ J] = 1,93 eV

E_g5 = 19,86*10^-26/945*10^-9 = ,^ J] = 1,36 eV

Wyprowadzenie jednostki:

Porównanie wartości przerw wzbronionych z potencjałem wbudowanym.

	Eg	Vbi
1	2,21 eV	1,95
2	2,18 eV	2,01
3	2,06 eV	1,85
4	1,93 eV	1,92
5	1,36 eV	1,13

Współczynniki idealności n dla poszczególnych diod:

gdzie
, k_B - stała Boltzmana. Zostało przyjęte, że T=300K.

= 38,63 / a

n₁ = 38,63 / 22,549 = 1,71

n₂ = 38,63 / 15,537 = 2,49

n₃ = 38,63 / 24,811 = 1,56

n₄ = 38,63 / 17,969 = 2,15

n₅ = 38,63 / 23,172 = 1,67

Dodatkowo podczas pomiarów należało zanotować wartości napięć i natężeń dla których diody zaczynały świecić:

Dioda zielona: U = 1,6983 [V] I = 27,50*10^-6 [A]

Dioda żółta: U = 1,6581 [V] I = 36,46*10^-6 [A]

Dioda pomarańczowa: U = 1,5572 [V] I = 5,22*10^-6 [A]

Dioda czerwona: U = 1,5273 [V] I = 10,57*10^-6 [A]

Dioda podczerwona: U = 0,9679 [V] I = 176, 59*10^-6 [A]

Wnioski:

Analizując wykresy charakterystyk prądowo-napięciowych fotodiod elektroluminescencyjnych wnioskuje się, że rosną one wykładniczo. Aproksymując wykresy prostą w zakresie dużych napięć, można wyliczyć rezystancje szeregowe, korzystając ze współczynnika kierunkowego prostej. Diody tego typu wykazują niską oporność przy przepływie prądu w kierunku przewodzenia.

Bariery potencjału w stosunku do energii wzbronionych poszczególnych półprzewodników nieco się różnią, nie jest to jednak duża różnica.

Każdą diodę charakteryzuje inne napięcie i natężenie przy którym zaczyna świecić oraz także

współczynnik idealności, który zależy od współczynnika kierunkowego prostej aproksymującej logarytmowany wykres charakterystyki prądowo-napięciowej

diody (ln(I) = f(V)).