Лабораторная работа №7 Исследование Светодиодов и фотодиодов Цель работы
Ознакомление с основными параметрами светодиодов и фотодиодов, их измерение.
7.1. Основные сведения о свето- и фотодиодах
Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры. Процесс самопроизвольной рекомбинации инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p-n переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на низкий. При этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света. Для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC); твердые растворы: галлий-мышьяк-фосфор (GaAsP) и галлий-мышьяк-алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (ΔW > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.
|
|
Рис.7.1. Вольтамперные характеристики для различных светодиодов |
Рис. 7.2 Вольтамперная характеристика фотодиода при различном освещении |
На рисунке 7.1 представлены несколько ВАХ для различных светодиодов. С некоторого порогового значения напряжения начинается резкий рост тока, это позволяет определить материал полупроводника.
Фотодиод – приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p‑n‑перехода. Ширина базы (n‑область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей – дрейфовым током.
Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p‑n‑перехода и емкостью p‑n‑перехода Cp-n. На рисунке 7.2 представлена ВАХ фотодиода при различных световых потоках Ф; обратный ток фотодиода пропорционален световому потоку. Фотодиод может работать в двух режимах: в режиме фотогенератора – без внешнего напряжения и в режиме фотопреобразователя – с внешним обратным напряжением.
Одной из основных характеристик фотодиода является спектральная чувствительность, определяемая зависимостью фототока от длины волны падающего света. Со стороны больших длин волн она определяется шириной запрещённой зоны, с малых – поглощением и увеличением влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
Фототок прямо пропорционален освещенности, то есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.