ЛАбЫ_ГРЯЗНОВ_ЛЭТИ / 8 / FINAL

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра электронных приборов и устройств

отчет

по лабораторной работе №8

по дисциплине «Компоненты электронной техники»

Тема: Исследование Светодиодов и фотодиодов

Студенты гр. 3291 _________________ Чупаков В.В.

_________________ Зархидзе С.Д.

Преподаватель _________________ Грязнов А.Ю.

Санкт-Петербург

2025

Цель работы: Ознакомление с основными параметрами светодиодов и фотодиодов, их измерение.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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 в виде 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.

На рис. 1.1 представлены несколько ВАХ для различных светодиодов. С некоторого порогового значения напряжения начинается резкий рост тока, что позволяет определить материал полупроводника.

Фотодиод – приемник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счет процессов в p–n-переходе.

Рис. 1.1. ВАХ для различных светодиодов. Рис 1.2. ВАХ фотодиода при различном освещении.

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 C. На рис. 1.2 представлена ВАХ фотодиода при различных световых потоках Ф; обратный ток фотодиода пропорционален световому потоку. Фотодиод может работать в двух режимах: фотогенератора без внешнего напряжения и 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 запрещенной 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, т. е. практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

Рис 1.3. Схема исследования яркости светодиодов.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Заполним таблицу 1.1 и построим график зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока.

1.1. Для расчёта тока на светодиоде воспользуемся законом Ома:

(1.1)

Пример расчета для U_вх = 4 [В] красного светодиода:

1.2 Яркость светодиода определяется током фотодиода:

(1.1)

Пример расчета для U_вх = 4 [В]:

Таблица 1.1

Исследование зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока

Uвх, В	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
ILED, мА для красного светодиода	0,00	0,00	0,95	1,95	2,86	3,90	4,86	5,81	6,81	7,81	8,81
If, мкА красного светодиода	0,00	0,03	0,28	0,46	0,58	0,67	0,74	0,80	0,85	0,88	0,91
ILED, мА для желтого светодиода	0,00	0,05	1,00	1,95	2,95	3,90	4,90	5,90	6,86	7,86	8,81
If, мкА для желтого светодиода	0,00	0,00	0,02	0,06	0,10	0,15	0,19	0,24	0,28	0,32	0,37
ILED, мА для зеленого светодиода	0,00	0,05	0,95	1,90	2,86	3,81	4,86	5,81	6,76	7,71	8,76
If, мкА для зеленого светодиода	0,00	0,00	0,03	0,08	0,15	0,22	0,29	0,36	0,43	0,50	0,57
ILED, мА для синего светодиода	0,00	0,00	0,62	1,57	2,52	3,48	4,48	5,38	6,38	7,33	8,33
If, мкА для синего светодиода	0,00	0,00	1,44	2,28	2,62	2,80	2,93	3,01	3,09	3,15	3,19

Рис. 1.4 – Яркость светодиодов от проходящего через них тока

2. Заполним таблицу 1.2 и построим график зависимости генерируемого фотодиодом напряжения от длины волны падающего света.

Таблица 1.2

Исследование спектральной зависимости напряжения фотодиода

Длина волны, нм.	400	425	450	475	500	525	550	575	600	625	650	675	700
Напряжение, мВ	1	1,2	1,4	2	2,5	3,5	6,1	5,2	5,3	4,5	2,8	1,8	1,4

Рис. 1.5 – Спектральная зависимость напряжения фотодиода

3. Заполним таблицу 1.3 и построим график зависимости обратной ветви вольтамперной характеристики фотодиода.

Таблица 1.3

Uf, В	0	-0,5	-1	-1,5	-2	-2,5	-3	-3,5	-4
If, мкА без освещения	0,17	0,69	1,04	1,30	1,51	1,68	1,84	2,01	2,16
If, мкА для красного светодиода	0,17	0,93	1,24	1,49	1,72	1,93	2,12	2,31	2,51
If, мкА для синего светодиода	1,29	4,74	5,07	5,34	5,54	5,71	5,87	5,99	6,13

Рис 1.6 – Зависимость обратной ветви вольтамперной характеристики фотодиода

Вывод: в результате обработки данной лабораторной работы были рассчитаны токи на светодиоде и фотодиоде и построен график зависимости яркости светодиодов от проходящего через них тока. При наибольшем токе самая высокая яркость получилась у синего светодиода.

Ты говоришь, что у тебя по географии трояк, а мне на это просто наплевать ты говоришь, из-за тебя там кто-то получил синяк многозначительно молчу, и дальше мы идём гулять

При исследовании спектральной зависимости напряжения фотодиода можно сделать вывод что на длине волны в 550 нм, наблюдается пик чувствительности фотодиода.

7