• Главная
  • ВАЗ
  • Приора
Логин:
Пароль:
| Регистрация< | Забыли пароль? |
Поиск:

Влияние температуры на спектральные и электрические характеристики светоизлучающих диодов

Опубликовано: 04.09.2018

НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ

“ШАГ В БУДУЩЕЕ”

Контрольная работа

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ

Работа выполнена:

учеником 11 класса МОУ лицей № 8

Перевозчиковым Даниилом

Научный руководитель:

главный научный сотрудник

Института физики ДНЦ РАН,

доктор физ.- мат. наук

Зобов Е.М.

МАХАЧКАЛА - 2009 г.

Введение

В температурном диапазоне 300-90 К исследованы электролюминесценция, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики промышленных «фиолетовых» и «желтых» светоизлучающих диодов. Установлено, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов уменьшается интенсивность излучения и наблюдается «шнурование» тока. В отличие от «фиолетовых» светодиодов, интенсивность излучения «желтых» светодиодов при 90 К возрастает, однако спектр излучения имеет квазидискретную структуру.

Исследования электрических характеристик светодиодов позволили предположить, что при низких температурах в гетероструктурах, из которых изготовлены светодиоды, изменяются механизмы процессов генерации и рекомбинации носителей заряда.

Светодиод - это полупроводниковый прибор, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное (монохромное). Цвет излучения светодиода определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Современные промышленные светодиоды изготавливаются на основе p-n-гетероструктур InxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN или. InxGa1-xP/AlyGa1-yP/GaP. Светодиоды служат реальной альтернативой традиционным источникам света, так как они обладают малыми размерами, имеют малое энергопотреблении. Обладая такими свойствами, как точная направленность света и возможность управления интенсивностью и цветом излучения, они уже сегодня применяются в архитектурном и декоративном освещении, на их основе созданы рекламные экраны цветного изображения [1].

Однако, температурный диапазон эксплуатации светодиодов ограничен (+40 ? -20 0С), а в доступной нам литературе мы не нашли ответ на наш вопрос: «Почему светодиоды неспособны работать при более низких температурах?». Если нет ответа, то его надо искать.

Цель работы - установление причин низкотемпературной неустойчивости режима работы промышленных светоизлучающих диодов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- в температурном диапазоне 300 - 90 К исследовались спектры электролюминесценции, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики «фиолетовых» и «желтых» светодиодов;

- проводился анализ процессов токопереноса, генерации и рекомбинации носителей заряда в гетероструктурах при различных температурах.

Работа выполнена на экспериментальной базе Аналитического центра коллективного пользования Института физики Дагестанского научного центра РАН.

1 МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Для исследования нами были выбраны «фиолетовый» и «желтый» светодиоды.

Рис. 1 Блок - схема экспериментальной установки для исследования фотолюминесценции, собранной на базе спектрально-вычислительного комплекса КСВУ-2

1 - образец в криостате, 2 - монохроматор МДР -23, 3-4 блок питания источника фотовозбуждения, 5-6- блоки оптических фильтров с конденсорами, 7 - ФЭУ, 8 - блок управления и регистрации сигнала, 9 - усилитель (UNIPAN 232B), 10 - модулятор, 11-блок регистрации температуры, 12 -блок электропитания образца, 13 - вакуумный пост.

Исследования спектров электролюминесценции светодиодов проводились на установке, собранной на базе спектрально-вычислительные комплексы КСВУ-23 (рис. 1).

Главным элементом оптической системы этой установки является монохроматор МДР-23 (2). В зависимости от спектрального диапазона измерений используются дифракционные решетки 1200, 600 и 300 штр. на мм.

Рис. 2

Для снятия вольт-амперных и люкс-амперных характеристик светодиода применялась стандартная схема (рис. 2). Светодиод закреплялся на хладопроводе и помещался в криостат (1).

Излучение светодиода модулировалось механическим модулятором (10) и фокусировалось (6) на входную щель монохроматора МДР-23 (2). В качестве детектора излучения использовался фотоумножитель (7) типа ФЭУ-100 (спектральный диапазон чувствительности 200-700 нм), сигнал с которого для усиления подается на вход селективного нановольтметра Unipan-232 В (9), а затем на вход блока управления и регистрации (8) включающий и ЭВМ.

Охлаждение образца производится с помощью хладагента (жидкий азот) путем заливки его в стакан криостата (1). Для нагрева образца используется электрический нагреватель. Температура фиксируется медь-константановой термопарой.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Спектры электролюминесценции, исследованных нами светодиодов представлены на рис. 3-4.

Рис. 3,а. Спектры излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=300 К в зависимости от величины тока I , mA : 4.1 ; 11.9; 15.2.

Рис. 3, б. Спектр излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA : 2.76; 4.53; 6.7; 15.8

Рис. 4,а. Спектры излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=300 К, величина тока I =12.9 mA

Рис. 4, б. Спектр излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA : 0.23; 1.0; 2.15; 3.7

Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики светодиодов представлены на рис. 5-8, а температурные зависимости токов и интенсивности их излучения на рис. 9-10.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

Рис. 6. Люкс-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

Рис. 7. Вольт-амперные характеристики «желтого» светодиода

Рис. 8. Люкс-амперные хара ктеристики «желтого» светодиода

Рис. 9. Температурные зависимости тока «фиолетового» светодиода и интенсивности его излучения

Рис. 10. Температурные зависимости тока «желтого» светодиода и интенсивности его излучения

Полученные экспериментальные данные показывают, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов наблюдается уменьшение интенсивности излучения (рис. 3 и рис. 9) и изменгение механизма протекания тока (рис. 5). Для выведения данного светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать величину рабочего напряжения в два раза. Рост напряжения питания светодиода приводит к S-образной вольт-амперной характеристике (рис. 5), что свидетельствует о «шнуровании» тока протекания.

У «желтого» светодиода температурная зависимость интенсивности излучения имеет более сложный вид (рис. 10), при 90 К интенсивность излучения становится больше, чем при 300 К (сравни рис. 4а и 4б). При этом, спектр излучения состоит из квазидискретных полос. Для вывода светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать напряжение питания более, чем в два раза.

3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Излучательная способность «фиолетовых» светодиодов, изготовленных на основе p-n-гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами (рис. 11), определяется интенсивностью процессов туннельной излучательной рекомбинации [2]. Туннелирование

Рис. 11. Энергетическая диаграмма гетероструктуры типа InGaN / AlGaN / GaN c одиночной квантовой ямой InGaN . Стрелкой показан туннельный переход электронов из квантовой ямы в p -об ласть с излучением кванта света

Рис. 12. Энергетическая диаграмма p - n + - структуры на основе GaP . Стрелкой показан переход электронов при аннигиляции экситонов с излучением кванта света

Носителей заряда из квантовых ям носит активационный характер и зависит, как от величины электрических полей в гетероструктуре, так и от температуры. Полученные нами экспериментальные результаты, скорее всего являются следствием того, что при понижении температуры туннелирование носителей заряда из квантовых ям уменьшается, и интенсивность излучения светодиода падает (рис. 3 и 9).

Понижение температуры проводит к тому, что в силу уменьшения энергии термической ионизации, в квантовых ямах инжектированные носители заряда заполняют не только нижние, но и верхние квантовые уровни. Идет накопление электрического заряда в квантовых ямах, что сопровождается ростом внутреннего электрического поля в гетероструктуре. Когда величина поля достигает критического значения, наступает туннельный «пробой», что сопровождается шнурованием тока (S-образная ВАХ на рис. 5) и резким увеличением интенсивности излучения (рис. 6).

«Желтые» светодиоды изготавливаются из p-n-гомоструктур на основе фосфида галлия (рис. 12). Основным механизмом излучательной рекомбинации в них является экситонный [3]. Спектры излучения экситонов состоят из серии узких полос. Вследствие температурного уширения спектральных полос при Т=300 К спектр излучения «желтого» светодиода состоит из одной полосы со слабо выраженной структурой (рис. 4,а). При понижении температуры от 300 до 90 К температурное уширение спектральных линий постепенно «снимается» и при 90 К начинает полностью проявляться квазидискретный спектр экситонной люминесценции (рис. 4,б). Интенсивность этой люминесценции будет определяться концентрацией связанных электронно-дырочных пар, которая в свою очередь зависит от концентрации инжектированных носителей заряда (рис. 7, 8).

ВЫВОДЫ

На основании проведенных экспериментов, было установлено:

1. При температурах ниже - 200 С наблюдаются нарушения режимов работы светодиодов, что сопровождается изменениями в их спектральных и токовых характеристиках;

2. Температурная неустойчивость режимов работы светодиодов определяется механизмом рекомбинации инжектированных носителей заряда в гомо - и гетероструктурах.

Литература

1. А.Э. Юнович. Светит больше - греет меньше. // Экология и жизнь. 2003, № 4 (33), с. 61-64.

2. В.Е. Кудряшов, А.Э Юнович. Туннельная излучательная рекомбинация в p-n-гетероструктурах на основе нитрида галлия // Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2003, т. 124, в. 5, с. 1133-1137.

3. В.И.Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. Оптические свойства полупроводников (справочник). // Киев: изд-во "Наукова Думка".-1987, с.369-379.

Новости
    Где купить объектив на телефон

    При возникновении неполадок с объективом вашего телефона Вы всегда сможете обратиться в настоящий интернет-магазин, где сможете приобрести объективы

    Трамблер ваз 2106
    В целом регулировка системы выполняется за три этапа. К первому относится корректировка угла замкнутого состояния контактов. Учитывайте, что он зависит непосредственно от величины зазора в контактах трамблера.

    Ремонт и обслуживание компрессоров
    Благодаря стремительному развитию технологий в наше время множество процессов процессов практически на всех видах производства существенно упростились. Разнообразная техника и современное оборудование

    Анаболики
    Красивое тело хотят иметь не только представительницы женского пола - многие мужчины тоже трепетно относятся к своей внешности и усиленно занимаются в тренажерных залах. Чтобы не только получить подтянутую

    Такси в Кургане
    Практически сем нам иногда требуются услуги такси. Кому-то реже, кому-то чаще, а некоторым и вообще каждый день нужно ездить на такси, по-другому просто не получается. Более того, как показывают статистические

    Установка своими руками •
    Миниатюризация идет по двум вариантам. Первый вариант предусматривает изготовление только миниатюрных инструментов – дисков, фрез и т.д. Второй вариант предусматривает именно изготовление шлифовального

    Диагностика дизеля
    В современных дизелях огромное значение уделяется диагностике электроники узлов автомобиля. На данный момент на рынке диагностики грузового транспорта, автобусов и спецтехники есть два главных производителя

    Ремонт двигателя воронеж
    Производится капитальный ремонт двигателя воронеж в следующих случаях: разрушение поршней вследствие обрыва ремня ГРМ; естественный износ поршневой группы; потери компрессии в цилиндрах. Перед началом

    Тюнинг ваз 2105 своими руками
    Тюнинг ВАЗ 2105 можно проводить и внутри салона, и снаружи машины, все зависит от количества денежных средств, которые водитель может выделить на работы. Если денег достаточно, стоит провести модернизацию

    Продать каток
    Полевой, или сельскохозяйственный каток является орудием для выравнивания грунта и сламывания его корки. С помощью сельскохозяйственных катков проводится очень большое разнообразие полевых работ. Потому,

Реклама
Архив
rss