Основы фотоники / Лаба 1 / Лаба 1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра фотоники

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Основы фотоники»

Тема: Исследование RGB-светодиода

Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Горбунова А.Н.

_________________ Щубрет С.Л.

Преподаватель _________________ Дегтерева М.М.

Санкт-Петербург

2023

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является исследование характеристик и определение основных параметров полупроводниковых светодиодов.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Светодиоды – полупроводниковые источники некогерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на явлении электролюминесценции при инжекции неосновных носителей заряда через гомо- или гетеро-p–n-переход. Приборы, излучающие в видимом диапазоне, принято называть светоизлучающими диодами – СИД. Чаще всего они используются как индикаторы для отображения информации, а также как малоинерционные источники света для генерации световых импульсов малой длительности. Также выделяют инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) светодиоды. Особым классом светодиодов являются «белые» СИД, чье излучение охватывает практически весь видимый диапазон спектра. Белые светодиоды активно замещают лампы накаливания и ртутные флуоресцентные лампы в осветительных приборах благодаря высокой эффективности и значительно большему сроку службы. Также существуют многоцветные светоизлучающие диоды, в частности, RGB-светодиоды. RGB — это аббревиатура, которая обозначает три основных цвета излучения, испускаемых таким СИД: R (Red) — красный, G (Green) — зеленый и B (Blue) — синий. Таким образом, внутри подобных приборов одновременно размещается три типа светодиодных кристаллов, испускающих излучение с различной длиной волны.

В основе действия полупроводниковых светодиодов лежит электролюминесценция. Люминесценция – это излучение, избыточное над тепловым при данной температуре и обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Электролюминесценция – это люминесценция, возбуждаемая внешним электрическим полем. Наиболее эффективным методом электрического возбуждения является инжекция неосновных носителей заряда через р–n-переход при приложении к нему прямого напряжения U. Такая люминесценция называется инжекционной.

СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 1 – Схема измерительной установки

Лабораторный стенд предназначен для исследования спектральных, температурных и ватт-амперных характеристик RGB-светодиода. Блок-схема установки изображена на рис. 1. Пунктирной линией обведены элементы, расположенные в едином корпусе лабораторного стенда, к которому подключается внешний блок питания для элемента Пельтье и спектрометр.

Лабораторный стенд позволяет регулировать ток отдельно на каждом кристалле светодиода от 0 до 30 мА, нагревать и охлаждать СИД в диапазоне температур от 5 до 65. На дисплее стенда в реальном времени отображается ток, протекающий через каждый кристалл светодиода, и температура СИД.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ

1. Спектральные характеристики каждого кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

Рис. 2 – Спектральные характеристики синего кристалла при различных значениях тока

Рис. 3 – Спектральные характеристики зеленого кристалла при различных значениях тока

Рис. 4 – Спектральные характеристики красного кристалла при различных значениях тока

2. Зависимость длин волн, соответствующих максимуму излучения каждого из кристаллов, от тока, протекающего через кристалл

Таблица 1. Зависимость длин волн от тока, соответствующих максимуму излучения синего кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
нм	470	470	470	470	470	470

Таблица 2. Зависимость длин волн от тока, соответствующих максимуму излучения зеленого кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
нм	530	530	530	530	530	530

Таблица 3. Зависимость длин волн от тока, соответствующих максимуму излучения красного кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
нм	628	628	628	628	628	628

3. Ватт-амперные характеристики для каждого из кристаллов

Вычислим мощность излучения от тока, рассчитываемую как площадь под спектральной характеристикой:

Таблица 4. Ватт-амперная характеристика синего кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
P, у.е.	17935	26678	36760	46348	53276	63253

Таблица 5. Ватт-амперная характеристика зеленого кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
P, у.е.	18943	27224	35667	48589	54743	66231

Таблица 6. Ватт-амперная характеристика красного кристалла

I, мА	5	10	15	20	25	30
P, у.е.	10820	17372	25184	29304	36006	40624

Пример вычислений для синего кристалла при I = 5 мА:

P = + … = 17935 у.е.

4. Спектральные характеристики, соответствующие белому цвету излучения светодиода, при различных температурах

Рис. 5 – Спектральные характеристики, соответствующие белому цвету излучения светодиода, при различных температурах

5. Зависимость длин волн, соответствующих максимумам излучения каждого из кристаллов, от температуры светодиода

Таблица 7. Зависимость длин волн, соответствующих максимумам излучения каждого из кристаллов, от температуры светодиода

T,	Imax (Blue), нм	Imax (Green), нм	Imax (Red), нм
2	464	524	625
5	464	524	628
20	465	525	630
35	467	526	632
50	468	528	635
65	470	529	637