Описание измерительной установки и методика измерений параметров ЭЛК

Схема установки для снятия вольт-амперных и вольт-яркостных характеристик ЭЛК и передаточной характеристики усилителя – преобразователя света показана на рисунке 1.7.

Рис. 1.7. Схема измерительной установки: СД – светодиод; УНИП – универсальный источник питания; ЗГ – звуковой генератор; ФР1 и ФР2 – фоторезисторы

Электролюминесцентный конденсатор выполнен на основе порошкового люминофора. Для снятия ВАХ переключатель П₁ следует поставить в нижнее положение, а переключатель П₂ – в положение 2. Ток через конденсатор определяется по падению напряжения на сопротивлении R _изм = 2 кОм. Напряжение на ЭЛК подается от звукового генератора и измеряется по вольтметру.

При снятии ВЯХ переключатели П₁ следует поставить в верхнее положение, а П₂ – в положение 2. В качестве приемника света при этом используется фоторезистор ФР₂ марки ФСК-1 (CdS). Максимум его спектральной чувствительности примерно совпадает с положением максимума интенсивности излучения конденсатора (излучение в зеленой области спектра с λ=0,53–0,58 мкм).

Темновое сопротивление ФР₂ составляет 3·10⁷ Ом, рабочее напряжение 20 В. Сопротивление нагрузки R _H =750 кОм. Изменения падения напряжения на R _H вследствие изменения яркости свечения ЭЛК регистрируются вольтметром. Градуировочная кривая u _{R н} = f (L) представлена на стенде.

Для снятия передаточной характеристики переключатель П₁следует поставить в верхнее положение, а П₂ – в положение 1. Внешним источником света служит светодиод, излучающий в красной области спектра (λ=0,62–0,66 мкм). Напряжение питания на нем изменяется с помощью универсального источника питания и измеряется встроенным в стенд вольтметром V ₂. Напряжение на светодиоде не должно превышать 5 В. При измерении передаточной характеристики напряжение от генератора величиной 100 В подается на последовательно включенные ЭЛК и фоторезистор ФР₁. Темновое сопротивление ФР₁ составляет 3·10⁷ Ом. Зависимость яркости светодиода от приложенного напряжения приведена на стенде.

Задание

1. Снять и построить ВАХ ЭЛК (частота сигнала 1800 Гц, напряжение изменять в пределах 0 – 100 В). Определить z _к конденсатора.

2. Снять и построить ВЯХ ЭЛК.

3. Снять передаточную характеристику оптрона. Рассчитать и построить коэффициент передачи преобразователя в зависимости от яркости излучения светодиода.

4. Рассчитать параметры элементов оптрона z _к, β, L ₀, с.

ЛИТЕРАТУРА

1. Zalm P., Diemer G., Klasens H.A. – Phil. Res. Repts., 1954, V. 9, P.81.

2. Носов Ю. Р., Сидоров А. С. Оптроны и их применение. М.: Радио и связь, 1981: 280 с.

3. Верещагин И. К. Электролюминесценция кристаллов.М.: Наука, 1974. 279 с.

4. Мухин Ю. А. Приборы и устройства полупроводниковой оптоэлектроники: Учеб. пособие.; под ред. В.Н. Бодрова, Г.И. Обидина. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 298 с.

5. Мухин Ю. А. Полупроводниковые источники и приемники излучения, оптроны и элементы интегральной оптики./ Под ред. К.В. Шалимовой. – М.: Изд-во МЭИ, 1991. – 120 с.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНЖЕКЦИОННЫХ СВЕТОДИОДОВ

Цель работы – изучение принципа действия излучательных диодов, измерение их спектральных характеристик, расчет мощности излучения и КПД.

Введение

Известно несколько способов возбуждения люминесценции в полупроводниках: фото- и катодовозбуждение (при облучении коротковолновым излучением или пучком быстрых электронов) и электровозбуждение. Электровозбуждение можно реализовать двумя методами – с помощью ионизации полупроводника в сильном электрическом поле, близким по величине к пробивному, или инжекции в структуре с р – n -переходом.

Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор с гомо- или гетеро- p – n -переходом, вблизи и внутри которого возникает свечение при включении прибора в прямом направлении и инжекции носителей заряда.

Рис. 2.1. Спектры излучения некоторых светодиодов	Рис. 2.2. Зависимость ширины запрещенной зоны от содержания фосфора в твердом растворе

Светодиоды обладают рядом достоинств по сравнению с другими источниками света. Спектр излучения различных светодиодов перекрывает весь видимый диапазон и ближнюю инфракрасную область спектра (рисунок 2.1), а малая ширина спектральной полосы излучения дает возможность получить его высокую интенсивность при малой мощности возбуждения, т. е. высокий КПД. По своей природе излучение светодиодов спонтанное,излучается цуг волн длительностью  (время когерентности) с длиной когерентности , являющийся отрезком синусоиды частоты ν. Такая электромагнитная волна не является монохроматической.

По своему быстродействию (время разгорания и затухания свечения составляет (10^-7–10^-9 с) и миниатюрности инжекционные светодиоды превосходят другие источники излучения. Такие свойства светодиодов дают возможность конструировать на их основе быстродействующие интегральные оптоэлектронные схемы, использовать в волоконно-оптических линиях передачи информации.

Наиболее эффективные светодиоды изготовляются на основе соединений А^IIIВ^V и в первую очередь GaAs, GaP, AlAs, InAs, GaSb, InP и их твердых растворов, однако с точки зрения получения высокого квантового выхода эти материалы не являются равноценными. Причина этого состоит в различии структуры их энергетических зон.

Скорость излучательной рекомбинации сильно зависит от того, соответствует ли расположение нижнего минимума зоны проводимости в k -пространстве прямым или непрямым межзонным переходам. Типичными полупроводниками с прямыми и непрямыми межзонными переходами являются соединения GaAs и GaP.

На рисунке 2.2 представлена зависимость ширины запрещенной зоны полупроводника от состава для твердых растворов GaAs–GaP. Как следует из рисунка 2.2, при увеличении содержания фосфора в твердом растворе ширина запрещенной зоны для непрямых переходов растет относительно медленнее, чем для прямых, и при х >0,45 основной вклад в излучение вносят непрямые переходы. Вероятность межзонной излучательной рекомбинации для прямых переходов на несколько порядков выше, чем для непрямых, поэтому светодиоды изготовляют преимущественно из материалов с прямыми электронными переходами.

По своему спектральному составу излучение светодиода может целиком или частично попасть в пределы видимого диапазона спектра. Это реализуется в том случае, если ширина запрещенной зоны полупроводника находится в диапазоне 1,8—3 эВ.