|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Влияние температуры на спектральные и электрические характеристики светоизлучающих диодов |
Наклейки для поощрения "Смайлики 2". 
Ночник-проектор "Звездное небо и планеты", фиолетовый. 
Ручка "Помада". НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ “ШАГ В БУДУЩЕЕ” Контрольная работа ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ Работа выполнена: учеником 11 класса МОУ лицей № 8 Перевозчиковым Даниилом Научный руководитель: главный научный сотрудник Института физики ДНЦ РАН, доктор физ.- мат. наук Зобов Е.М. МАХАЧКАЛА – 2009 г. Введение В температурном диапазоне 300-90 К исследованы электролюминесценция, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики промышленных «фиолетовых» и «желтых» светоизлучающих диодов. Установлено, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов уменьшается интенсивность излучения и наблюдается «шнурование» тока. В отличие от «фиолетовых» светодиодов, интенсивность излучения «желтых» светодиодов при 90 К возрастает, однако спектр излучения имеет квазидискретную структуру. Исследования электрических характеристик светодиодов позволили предположить, что при низких температурах в гетероструктурах, из которых изготовлены светодиоды, изменяются механизмы процессов генерации и рекомбинации носителей заряда. Светодиод - это полупроводниковый прибор, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное (монохромное). Цвет излучения светодиода определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Современные промышленные светодиоды изготавливаются на основе p- -гетероструктур I xGa1-x /AlyGa1-y /Ga или. I xGa1-xP/AlyGa1-yP/GaP. Светодиоды служат реальной альтернативой традиционным источникам света, так как они обладают малыми размерами, имеют малое энергопотреблении. Обладая такими свойствами, как точная направленность света и возможность управления интенсивностью и цветом излучения, они уже сегодня применяются в архитектурном и декоративном освещении, на их основе созданы рекламные экраны цветного изображения . Однако, температурный диапазон эксплуатации светодиодов ограничен ( 40 -20 0С), а в доступной нам литературе мы не нашли ответ на наш вопрос: «Почему светодиоды неспособны работать при более низких температурах?». Если нет ответа, то его надо искать. Цель работы – установление причин низкотемпературной неустойчивости режима работы промышленных светоизлучающих диодов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - в температурном диапазоне 300 - 90 К исследовались спектры электролюминесценции, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики «фиолетовых» и «желтых» светодиодов; - проводился анализ процессов токопереноса, генерации и рекомбинации носителей заряда в гетероструктурах при различных температурах. Работа выполнена на экспериментальной базе Аналитического центра коллективного пользования Института физики Дагестанского научного центра РАН. 1 МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Для исследования нами были выбраны «фиолетовый» и «желтый» светодиоды. Рис. 1 Блок - схема экспериментальной установки для исследования фотолюминесценции, собранной на базе спектрально-вычислительного комплекса КСВУ-2 1 - образец в криостате, 2 - монохроматор МДР -23, 3-4 блок питания источника фотовозбуждения, 5-6- блоки оптических фильтров с конденсорами, 7 - ФЭУ, 8 - блок управления и регистрации сигнала, 9 - усилитель (U IPA 232B), 10 - модулятор, 11-блок регистрации температуры, 12 -блок электропитания образца, 13 - вакуумный пост.
Исследования спектров электролюминесценции светодиодов проводились на установке, собранной на базе спектрально-вычислительные комплексы КСВУ-23 (рис. 1). Главным элементом оптической системы этой установки является монохроматор МДР-23 (2). В зависимости от спектрального диапазона измерений используются дифракционные решетки 1200, 600 и 300 штр. на мм. Рис. 2 Для снятия вольт-амперных и люкс-амперных характеристик светодиода применялась стандартная схема (рис. 2). Светодиод закреплялся на хладопроводе и помещался в криостат (1). Излучение светодиода модулировалось механическим модулятором (10) и фокусировалось (6) на входную щель монохроматора МДР-23 (2). В качестве детектора излучения использовался фотоумножитель (7) типа ФЭУ-100 (спектральный диапазон чувствительности 200-700 нм), сигнал с которого для усиления подается на вход селективного нановольтметра U ipa -232 В (9), а затем на вход блока управления и регистрации (8) включающий и ЭВМ. Охлаждение образца производится с помощью хладагента (жидкий азот) путем заливки его в стакан криостата (1). Для нагрева образца используется электрический нагреватель. Температура фиксируется медь-константановой термопарой. 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Спектры электролюминесценции, исследованных нами светодиодов представлены на рис. 3-4. Рис. 3,а. Спектры излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=300 К в зависимости от величины тока I, mA: 4.1 ; 11.9; 15.2. Рис. 3, б. Спектр излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA: 2.76; 4.53; 6.7; 15.8 Рис. 4,а. Спектры излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=300 К, величина тока I =12.9 mA Рис. 4, б. Спектр излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA: 0.23; 1.0; 2.15; 3.7 Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики светодиодов представлены на рис. 5-8, а температурные зависимости токов и интенсивности их излучения на рис. 9-10. Рис. 5. Вольт-амперные характеристики «фиолетового» светодиода Рис. 6. Люкс-амперные характеристики «фиолетового» светодиода Рис. 7. Вольт-амперные характеристики «желтого» светодиода Рис. 8. Люкс-амперные характеристики «желтого» светодиода Рис. 9. Температурные зависимости тока «фиолетового» светодиода и интенсивности его излучения Рис. 10. Температурные зависимости тока «желтого» светодиода и интенсивности его излучения Полученные экспериментальные данные показывают, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов наблюдается уменьшение интенсивности излучения (рис. 3 и рис. 9) и изменгение механизма протекания тока (рис. 5). Для выведения данного светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать величину рабочего напряжения в два раза. Рост напряжения питания светодиода приводит к S-образной вольт-амперной характеристике (рис. 5), что свидетельствует о «шнуровании» тока протекания. У «желтого» светодиода температурная зависимость интенсивности излучения имеет более сложный вид (рис. 10), при 90 К интенсивность излучения становится больше, чем при 300 К (сравни рис. 4а и 4б). При этом, спектр излучения состоит из квазидискретных полос.
Для вывода светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать напряжение питания более, чем в два раза. 3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ Излучательная способность «фиолетовых» светодиодов, изготовленных на основе p- -гетероструктур I Ga /AlGa /Ga с квантовыми ямами (рис. 11), определяется интенсивностью процессов туннельной излучательной рекомбинации . Туннелирование Рис. 11. Энергетическая диаграмма гетероструктуры типа I Ga /AlGa /Ga c одиночной квантовой ямой I Ga . Стрелкой показан туннельный переход электронов из квантовой ямы в p-область с излучением кванта света Рис. 12. Энергетическая диаграмма p- - структуры на основе GaP. Стрелкой показан переход электронов при аннигиляции экситонов с излучением кванта света Носителей заряда из квантовых ям носит активационный характер и зависит, как от величины электрических полей в гетероструктуре, так и от температуры. Полученные нами экспериментальные результаты, скорее всего являются следствием того, что при понижении температуры туннелирование носителей заряда из квантовых ям уменьшается, и интенсивность излучения светодиода падает (рис. 3 и 9). Понижение температуры проводит к тому, что в силу уменьшения энергии термической ионизации, в квантовых ямах инжектированные носители заряда заполняют не только нижние, но и верхние квантовые уровни. Идет накопление электрического заряда в квантовых ямах, что сопровождается ростом внутреннего электрического поля в гетероструктуре. Когда величина поля достигает критического значения, наступает туннельный «пробой», что сопровождается шнурованием тока (S-образная ВАХ на рис. 5) и резким увеличением интенсивности излучения (рис. 6). «Желтые» светодиоды изготавливаются из p- -гомоструктур на основе фосфида галлия (рис. 12). Основным механизмом излучательной рекомбинации в них является экситонный . Спектры излучения экситонов состоят из серии узких полос. Вследствие температурного уширения спектральных полос при Т=300 К спектр излучения «желтого» светодиода состоит из одной полосы со слабо выраженной структурой (рис. 4,а). При понижении температуры от 300 до 90 К температурное уширение спектральных линий постепенно «снимается» и при 90 К начинает полностью проявляться квазидискретный спектр экситонной люминесценции (рис. 4,б). Интенсивность этой люминесценции будет определяться концентрацией связанных электронно-дырочных пар, которая в свою очередь зависит от концентрации инжектированных носителей заряда (рис. 7, 8). ВЫВОДЫ На основании проведенных экспериментов, было установлено: 1. При температурах ниже – 200 С наблюдаются нарушения режимов работы светодиодов, что сопровождается изменениями в их спектральных и токовых характеристиках; 2. Температурная неустойчивость режимов работы светодиодов определяется механизмом рекомбинации инжектированных носителей заряда в гомо - и гетероструктурах. Литература1. А.Э. Юнович. Светит больше – греет меньше. // Экология и жизнь. 2003, № 4 (33), с. 61-64. 2. В.Е. Кудряшов, А.Э Юнович. Туннельная излучательная рекомбинация в p- -гетероструктурах на основе нитрида галлия // Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2003, т.
D - глубина русла, и d - диаметр твердых частиц, выраженные в футах. Влияние температуры учитывается введением коэффициента кинематической вязкости воды k. Для приближенных расчетов можно принять k и n равными соответственно 0,00001 фут/с и 0,035, хотя они могут изменяться в довольно широких пределах. Эта формула справедлива только для случая однородного русла при условии постоянства скорости течения и в том случае, если твердые частицы представлены в основном песчинками одинакового размера. Даже при соблюдении всех этих условий ответ будет весьма приблизительным. Во многих формулах делается попытка разделить частицы, постоянно взвешенные в воде, частицы, скачкообразно перемещающиеся по дну и стенкам, и частицы, постоянно находящиеся на дне. Следует учитывать, что в зависимости от скорости течения, а также других факторов форма песчаных наносов на дне может изменяться, меняя таким образом коэффициент шероховатости и другие характеристики потока. Разумеется, проблема осложняется, если какой-то из вышеперечисленных факторов не является постоянным
1. Влияние температуры на жизненные процессы
2. Оптические системы светоизлучающих диодов
3. Влияние температуры окружающей среды на свойства сварного шва
4. Влияние сократительных и релаксационных характеристик мышц на рост квалификации спортсменов
5. Влияние сократительных и релаксационных характеристик мышц на рост квалификации спортсменов
9. Влияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем
10. Расчет на ЭВМ характеристик выходных сигналов электрических цепей
11. Рискообразующие факторы: характеристика и влияние на риски
13. Возможные факторы влияния на характеристики термоусадочных пленок
14. Язык Интернет: характеристика, особенности и влияние
15. Методы расчета линейных электрических цепей при импульсном воздействии. Спектральный анализ сигналов
Табурет "Плетенка" складной (малый). 
Кукла Нэни, в розовом жакете. 
Деревянные часы своими руками "Котенок". 18. Влияние граничных условий на критическую температуру неоднородных сверхпроводящих мезоструктур
19. Спектральные характеристики
21. Tupolev 154M noise asesment (Анализ шумовых характеристик самолёта Ту-154М)
25. Влияние циано- и тетразольных производных цитозина и тимина на резистентность эритроцитов
26. Влияние биодобавок на продуктивность японского перепела
27. Влияние физических нагрузок на опорно-двигательный аппарат на примере плавания
28. Влияние 6-БАП на растения кукурузы при разном уровне засоления
29. Влияние физических нагрузок на организм человека
30. Характеристики ВМС Великобритании
31. Ядовитые вещества и их влияние на организм человека
32. Медико-тактическая характеристика зон радиоактивного заражения при авариях на АЭС
Батут. 
Кружка-хамелеон "Разогрей Звезду". 
Пенка для купания малышей "Arau Baby", 400 мл. 33. Экономико-географическая характеристика Юга США
34. Австралия - экономико-географическая характеристика
35. Общая экономико-географическая характеристика стран Африки
41. Экономико-географическая характеристика Японии
42. Комплексная характеристика Бразилии
43. Экономико-географическая характеристика Хабаровского края
44. Общая характеристика Туниса
45. Общая экономико-географическая характеристика республики Сенегал
46. Экономико-географическая характеристика Германии
47. Экономико-географическая характеристика государства Ирландия
48. Комплексная экономико-географическая характеристика Мексики
Этажерка для обуви разборная, 2 полки, 435x660x300 мм, 4 положения. 
Ручка шариковая "Excellence", золото. 
Набор детской посуды "Собачка", 3 предмета. 49. Экономико-географическая характеристика Канады
51. Китай. Характеристика страны
52. Социально-экономическая характеристика Индии
53. Экономическая характеристика Псковской области
57. Влияние налогов на развитие экономики
59. Сравнительная характеристика института брака по российскому и мусульманскому праву
60. Сравнительная характеристика рабовладельческих государств на основе источников
62. Характеристика налоговой системы Великобритании
63. Характеристика источников Конституционного права
64. Характеристика Конституции Франции
Гирлянда электрическая, 1200 см (белая). 
Бумага крафт, без печати (10 листов). 
Комплект чехлов "Карапуз" для колясок с поворотными колесами. 65. Сравнительная характеристика института брака по российскому и мусульманскому праву
66. Политический режим как сущностная характеристика государства
67. Лингвистика - влияние первого языка на изучении второго
69. Tupolev 154M noise asesment (Анализ шумовых характеристик самолёта Ту-154М)
73. Культурно-историческая характеристика Кишинёва
74. Характеристика Иудушки Головлева
75. Обломов и Штольц, сравнительная характеристика
76. Александр Блок. Жизнь и творчество. Влияние творчества Блока на поэзию Анны Ахматовой
77. Характеристика Пугачева по повести А.С. Пушкина "Капитанская дочка"
78. Характеристика арго и жаргонов
79. Краткая характеристика золотого века рок-музыки
80. Традиционализм и его влияние на систему государственного управления Японии
Глобус Земли, физико-политический, с подсветкой, 320 мм, арт. К013200101. 
Рюкзак школьный "Multi Pack mini. Грация", 27х17х36 см. 
Глобус географический + политический, с подсветкой "Orion", диаметр 250 мм. 81. Крейсер I-го ранга Цусимской кампании "Дмитрий Донской". История и технические характеристики
82. Иван IV Грозный. Сравнительная характеристика по книгам В.Кобрина и К.Валишевского
84. Россия 1917 - 1922гг. Распад цивилизованного конгломерата. Характеристики процесса
85. Влияние партизанского движения в годы II мировой войны
91. Анализ структур, характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров
92. Общая характеристика системы Windows
93. Установка и основные характеристики Linux
94. Расчёт частотных и временных характеристик линейных цепей
96. Общая характеристика аксиоматики Гильберта
Развивающая игра "Магнитные истории. В гостях у сказки". 
Пазл "Лесные животные". 
Шкатулка для ювелирных украшений "Чайная роза" 17,5x17,5x9,5 см. 97. Тепловое излучение, его характеристики и их измерение
98. Сравнительная характеристика аналептиков, психостимуляторов и антидепрессантов
99. Система комплемента (подробная характеристика)
