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.

2. Opis ćwiczenia:

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

Wykaz przyrządów:

• 2x Multimetr cyfrowy BM-857

• Zasilacz stabilizowany

• Diody LED o różnej długości fali

• Komputer PC z programem PHARAK

Używane wzory:

• 
  

V_bi - 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.

R_s - oporność szeregowa diody[Ω]

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

• 
  

E_g - energia wzbroniona,

  długość fali wyrażona w nm.

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

• 
  

n - współczynnik idealności diody,

q - ładunek elementarny

k_B - stała Boltzmanna, [ev/K]

T - temperatura [K]

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

3. WYPROWADZENIE JEDNOSTEK:

V_bi=[m/v]

a=[mA/mV]=[Si]

b=[mA]

Rs=[Ω]

a=[mA/mV]=[Si]

λ=[m]

c=[m/s]

h=[eV *s]

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

q=[C]=[A*s]

k_B= [eV/K]

T=[K]

a=[mA/mV]=[Si]

4. WYKRESY:

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

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

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

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

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

5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

• ZIELONA:

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:

=1,91 [V]

Oporność szeregowa wyznaczona na podstawie przecięcia prostej z osią napięcia:

= 4,5 [Ω]

Energia wzbroniona obliczona dla podanej długości fali:

= 2,2[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 22,17x - 47,95

Współczynnik idealności diody zielonej:

• ŻÓŁTA

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

y = 0,16x - 318,17

Bariera potencjału:

=1,97[V]

Oporność szeregowa:

=6,2[Ω]

Energia wzbroniona:

=2,1[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 14,81x - 34,62

Współczynnik idealności diody żółtej:

• POMARAŃCZOWA

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

y = 0,23x - 423,41

Bariera potencjału:

=1.85[V]

Oporność szeregowa:

=4,4[Ω]

Energia wzbroniona:

Równanie prostej aproksymującej:

y = 21,39x - 44,94

Współczynnik idealności diody pomarańczowej:

• CZERWONA

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

y = 0,12x - 225,73

Bariera potencjału:

=1,88[V]

Oporność szeregowa:

=8,3[Ω]

Energia wzbroniona:

=1,9[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 13,56x - 31,24

Współczynnik idealności diody czerwonej:

• PODCZERWONA

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

y = 0,36x - 401

Bariera potencjału:

= 1,12[v]

Oporność szeregowa:

Energia wzbroniona:

=1,3[eV]

Równanie prostej aproksymującej:

y = 22,19x - 30,18

Współczynnik idealności diody podczerwonej:

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.

---