IF PWR

Fizyka Przyrządów Półprzewodnikowych

Ćwiczenie nr 1

Dioda Elektroluminescencyjna

Wydział Elektroniki 2009/2010

Grupa 1

Środa 13:15

24.03.2010r.

  1. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk elektrycznych diod elektroluminescencyjnych.

  1. Opis ćwiczenia:

0x01 graphic

Rys.1.Układ do pomiaru charakterystyk I-V diody LED

Wykaz przyrządów:

Używane wzory:


Vbi - bariera potencjału,

a,b - współczynniki równania prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie dużych napięć.


------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


a - współczynnik kierunkowy prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie dużych napięć.

Rs - oporność szeregowa diody[Ω]


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Eg - energia wzbroniona,

 długość fali wyrażona w nm.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


n - współczynnik idealności diody,

q - ładunek elementarny

kB - stała Boltzmanna, [ev/K]

T - temperatura [K]

a - współczynnik kierunkowy prostej aproksymującej wykres funkcji lnI = f(V).


3. WYPROWADZENIE JEDNOSTEK:

Vbi=[m/v]

a=[mA/mV]=[Si]

b=[mA]

Rs=[Ω]

a=[mA/mV]=[Si]

λ=[m]

c=[m/s]

h=[eV *s]

Eg= [eV * s] *[m/s] / m = [eV]

q=[C]=[A*s]

kB= [eV/K]

T=[K]

a=[mA/mV]=[Si]

4. WYKRESY:0x01 graphic

Niepewność pomiaru napięcia: (0,03% + 2dgt) - zakres 5 V
Niepewność pomiaru prądu: (0,15% + 10dgt) - zakres 50 mA

0x01 graphic

0x01 graphic

Niepewność pomiaru napięcia: (0,03% + 2dgt) - zakres 5 V
Niepewność pomiaru prądu: (0,15% + 10dgt) - zakres 50 mA

0x01 graphic

0x01 graphic

Niepewność pomiaru napięcia: (0,03% + 2dgt) - zakres 5 V
Niepewność pomiaru prądu: (0,15% + 10dgt) - zakres 50 mA

0x01 graphic

0x01 graphic

Niepewność pomiaru napięcia: (0,03% + 2dgt) - zakres 5 V
Niepewność pomiaru prądu: (0,15% + 10dgt) - zakres 50 mA

0x01 graphic

0x01 graphic

Niepewność pomiaru napięcia: (0,03% + 2dgt) - zakres 5 V
Niepewność pomiaru prądu: (0,15% + 10dgt) - zakres 50 mA

0x01 graphic

5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

Równanie prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie wysokich napięć uzyskane regresją liniową:

y = 0,22x - 423,29

Bariera potencjału wyznaczona na podstawie przecięcia prostej z osią napięcia:

0x01 graphic
=1,91 [V]

Oporność szeregowa wyznaczona na podstawie przecięcia prostej z osią napięcia:

0x01 graphic
= 4,5 [Ω]

Energia wzbroniona obliczona dla podanej długości fali:

0x01 graphic
= 2,2[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 22,17x - 47,95

Współczynnik idealności diody zielonej:

0x01 graphic

Równanie prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie wysokich napięć:

y = 0,16x - 318,17

Bariera potencjału:

0x01 graphic
=1,97[V]

Oporność szeregowa:

0x01 graphic
=6,2[Ω]

Energia wzbroniona:

0x01 graphic
=2,1[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 14,81x - 34,62

Współczynnik idealności diody żółtej:

0x01 graphic

Równanie prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie wysokich napięć:

y = 0,23x - 423,41

Bariera potencjału:

0x01 graphic
=1.85[V]

Oporność szeregowa:

0x01 graphic
=4,4[Ω]

Energia wzbroniona:

0x01 graphic

Równanie prostej aproksymującej:

y = 21,39x - 44,94

Współczynnik idealności diody pomarańczowej:

0x01 graphic

Równanie prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie wysokich napięć:

y = 0,12x - 225,73

Bariera potencjału:

0x01 graphic
=1,88[V]

Oporność szeregowa:

0x01 graphic
=8,3[Ω]

Energia wzbroniona:

0x01 graphic
=1,9[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 13,56x - 31,24

Współczynnik idealności diody czerwonej:

0x01 graphic

Równanie prostej aproksymującej charakterystykę I-V w zakresie wysokich napięć:

y = 0,36x - 401

Bariera potencjału:

0x01 graphic
= 1,12[v]

Oporność szeregowa:

0x01 graphic

Energia wzbroniona:

0x01 graphic
=1,3[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 22,19x - 30,18

Współczynnik idealności diody podczerwonej:

0x01 graphic

6.WYNIKI POMIARÓW

Dioda

y

Vbi

Rs

Eg

Y

n

Zielona

0,22x -423,29

1,90

4,51

2,16

22,17x-47,95

1,74

Żółta

0,16x-318,17

1,97

6,18

2,12

14,81x-34,62

2,61

Pomarańczowa

0,23x-423,41

1,85

4,36

2

21,39x-44,94

1,81

Czerwona

0,12x-225,73

1,88

8,33

1,88

13,56x-31,24

2,85

Podczerwona

0,36x-401,00

1,12

2,8

1,32

22,19x-30,18

1,74

7. PORÓWNANIE:

Vbi

Eg

1,90

2,16

1,97

2,12

1,85

2

1,88

1,88

1,12

1,32

8. WNIOSKI:

Wykresy napięcia od natężenia poszczególnych diod LED przypominają wykresy logarytmiczne. Od pewnego punktu (napięcia U, wyrażonego w mV) można przyjąć, że wykresy rosną po linii prostej. Wykresy te można było zaproksymować prostą przy dużych wartościach napięcia (wzrost napięcia i natężenia był proporcjonalny). Światło diody podczerwonej można było zaobserwować korzystając z kamery CCD np. w telefonie komórkowym.  Diody zaczynały świecić od pewnego napięcia, które różniło się od poszczególnych diod LED ( zwłaszcza dioda podczerwona, która zaświeciła przy najmniejszym napięciu ). Później poziom emitowanego promienia świetlnego osiągał maksimum i nie ulegał zmianom przy dalszym podnoszeniu wartości napięcia.