Описание экспериментальной установки

Как обсуждалось выше, явление рекомбинации сопровождается переходом электрона из зоны проводимости в валентную зону. Известно, что в области p-n - перехода возникает потенциальный барьер, являющийся потенциальным барьером для электронов в Р - области и для дырок - в n - области. Величина этого барьера примерно соответствует g - ширине запрещенной зоны.

Если напряжение на диоде V, приблизительно равное U - падению напряжения на p-n -переходе, равно

V» U» Е_G/e                                                            (6)

то электроны и дырки будут беспрепятственно проходить область p-n - перехода. При этом создаются благоприятные условия для инжекционной электролюминесценции.

Используя соотношения (1) и (6) легко установить связь между энергией кванта света и напряжением зажигания светодиода

Ve = hn                                                                 (7)

Таким образом, для определения величины постоянной Планка необходимо экспериментально измерить частоту кванта и напряжение зажигания.

В качестве объекта исследования рекомбинационной люминесценции используются светодиоды типа АЛЗ07АМ. Схема включения светодиодов в цепь показана на рисунке 4.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки.

Приведенная схема используется для получения вольтамперных характеристик светодиодов, примерный ход которых показан на рисунке 5.

Риc.5. Вольтамперная характеристика светодиода. UЗ - напряжение зажигания.

Увеличение прямого тока через светодиод происходит при напряжении U = e_G/e, где e_G- ширина запрещенной зоны. При дальнейшем незначительном увеличении напряжения на диоде сила тока в нем резко возрастает. Зависимость интенсивности излучения от тока имеет степенной характер I~J^С с показателем степени от 1 до 2. Для диодов, используемых в данной работе сила тока не должна превышать 5 мА. При больших токах через диод на нем рассеивается большая тепловая мощность, что приводит к его перегреву и выходу из строя.

Измерения и обработка результатов

Используя неоновую лампу и спектральные трубки, проведите калибровку монохроматора.

Рис. 6 Ртутная и неоновая лампы для калибровки монохроматора.

Длины волн спектральных линий излучения ламп, используемых для калибровки даны в приложении.

Соберите схему по рис. 4. Установите на магазине сопротивлений Р33 максимальное сопротивление. От выпрямителя подайте на схему напряжение 4 В.

Замечание

Величина тока в цепи светодиода не должна превышать 5 мА!

 

Постепенно уменьшая величину сопротивления (начиная со старших декад) получите данные для вольтамперных характеристик светодиодов. Данные занесите в таблицу:

Таблица 1

U, В
J, mA
U, В
J, mA

Постройте вольтамперные характеристики используемых светодиодов. Определите по ним напряжение зажигания.

Укрепите панель со светодиодом на входной щели монохроматора, включите цепь и установите ток не более 5 мА. С помощью калибровочного графика определите длины волн излучения и по формуле (7) вычислите постоянную Планка.

Повторите измерения с другим светодиодом.

Оцените погрешность определения постоянной Планка.

Вопросы и упражнения

1. Какие вещества относятся к полупроводниковым веществам?

2. В чем заключается явление фотоэффекта?

3. Какие виды фотоэффекта Вам известны?

4. Что такое "энергетическая зона"?

5. Каковы основные положения зонной теории?

6. Какое строение имеют зоны полупроводника?

7. Каково содержание понятия "дырка"?

8. Что такое люминесценция и электролюминесценция?

9. Объясните явление излучения света полупроводниками с точки зрения зонной теории.

10. Как устроены и где применяются светодиоды?

 

 

Лабораторная работа № 10