1

Colegiul PolitehnicCatedra Comunicaii

Diode electroluminescente

A efectuat elevul gr TC-0210 Jengan Sergiu

Chiinu 2014

Injecia i recombinarea purttorilor de sarcin n jonciunea p-n, polarizatdirect, figura 1, bariera depotenial din regiunea de sarcinspaiala se micoreaz i purttoriide sarcin majoritari (electroni, Figura 1. Jonciune p-n e din regiunea n, golurile, polarizat directp+ din p) pot trece uor n regiunileadiacente devenind purttori de sarcin minoritari de neechilibru.Fenomenul poart numele de injecie electric de purttori de sarcin.Procesele fizice care nsoesc injecia sunt identice att pentru goluri ct i pentru electroni, e .

Aplicarea tensiunii directe pe jonciunea sau heterojonciunea p-n, duce la micorarea barierei de potenial i la creterea exponenial a concentraiei purttorilor minoritari. Purttorii injectai vor participa la dou mecanisme de recombinare concurente: radiant cu emisia fotonilor i neradiant cu emisia fotonilor, energia disipandu-se sub forma termic. Recombinarea neradiant este cea preponderent. n cazul recombinrii radiante, principalele mecanisme sunt:a) recombinri band-band (energia emis fiind de ordinul lrgimii benzii interzise). Fenomenul apare n semiconductorii cu benzi energetice directe,GaAs, InP, GaSb, AlGaAs, GaAsP.b) recombinri pe centre de recombinare ale impuritilor izoelectronice (energia emis fiind aproximativ, Eg Ei, unde Ei este energia de ionizare a impuritii) cnd fenomenul apare la semiconductorii cu structura de benzi indirecte, GaP sau GaAsxP1+x (pentru x>0.5). Preponderena mecanismelor de recombinare este condiionat de factori ca, temperatura, concentraia purttorilor injectai, concentraia impuritilor din semiconductor, prezena diverselor imperfeciuni. n diodele electroluminescente i n cele laser, procesele fizice fundamentale sunt injecia de purttori minoritari i recombinarea lor radiant. La cureni mici, jonciunea se comport ca o surs spontan de radiaie necoerent, peste un curent numit de prag, apare emisia stimulat. Diodele electroluminescente se pot realiza din orice material semiconductor n care reconbinarea radiant permite emisia radiaiei.

Eficiena cuantic a diodelor luminescenten procesele de recombinare, radiaia care rezut se propag n toate direciile, iar o mic parte se propag n exterior prin suprafaa frontala (perpendicular pe planul jonciunii) sau lateral (paralel pe planul jonciunii).Eficiena cuantic extern, ext a unei diode luminescente reprezint numrul de fotoni rezultai n procesul de recombinare raportat la numrul de purttori njectai i este dat de: ext=i*g*o.unde: i este eficiena injeciei purttorilor i exprim ct din curentul injectatprin dioda contribuie la emisia fotonilor; g este eficiena generrii radiaiei n cristal i exprim ct din radiaiaemis poate fi generat n semiconductor; o este eficiena optic sau eficiena extraciei radiaiei, care arat ctdin numrul de fotoni rezultai din procesul de recombinare vor putea fi extrai n afara jonciunii.Produsul i*g=int se numete eficiena cuantic intern.De cele mai multe ori eficiena cuantic extern este mult mai mic dect cea intern, ea fiind puternic influenat att de curentul direct ct i de temperatur.Eficiena optic este limitat de fenomene cum ar fi: autoabsorbia; pierderi prin reflexie normal, Fresnel; pierderi prin reflexie total.

Caracteristicile de baza ale diodelor electroluminescenteCaracteristica curent tensiunePentru dioda electroluminescent caracteristica, curent- tensiune are dou componente una datorat difuziei purttorilor i alta datorat generrii-recombinrii n regiunea de sarcin spaial. Pentru cazurile de interes practic curentul de difuzie este componenta principal acurentului direct produs prin injecia purttorilor minoritari.Componenta datorat recombinrii nregiunea de sarcin spaiala contribuiela procesele de recombinare neradiant.Rezultatele experimentale sunt reprezentateprin formula empirica: IF=Isexp(qV/ kT).n care coeficientul = 1 cnd curentulde difuzie este predominant i = 2 cndcurentul de recombinare este predominant.n figura 2 este prezentat caracteristica curent-tensiune a unei diode Figura. 2 Caracteristicaelectroluminescente. curent tensiune a LED-ului

Caracteristica spectralReprezint distribuia spectral aintensitii emisiei (luminoase sauradiante) diodelor luminescente. Prinintermediul acestei caracteristici se punn eviden lungimea de und dominant,maxim, i lrgimea de band.LED-urile emit radiaie luminoasntr-un spectru de lungimi de und njurul unei valori centrale max (figura3). Limea benzii spectrale aLED-urilor Figura 3. Caracteristicaeste de ordinul zecilor de nm(tipic 5% din spectral a LED-uluilungimea de und central,max), ceeace este un dezavantaj n unele aplicaii, de exemplu n comunicaiile optice.

Caracteristica de directivitateAceast caracteristic indic variaia intensitii da emisie a radiaiei n funcie de devierea unghiular de la axa optic.O asemenea caracteristic depinde n foarte mare msur de forma capsulei diodei. n figura 4 se prezint un exemplu de caracteristic de directivitate, exprimat att n coordonate polare ct i lineare.

Figura. 4 . Distribuia spaial a intensitii relative a diodelor electroluminescente.

Aplicaii pentru diodele electroluminescenteDiodele electroluminescente au un domeniu foarte larg de aplicaii, de la cele n care sunt folosite n semnalizare i sesizare luminoas pn utilizarea lor n comunicaiile optice.n schemele electronice simbolul diodeielectroluminiscente poate fi unul din figura5. Terminalele unui LED se numesc anod(A) i catod (K). Ele sunt reprezentate nfigura 5. Picioruul mai scurt este catodul. Figura. 5 Simboluri grafice pentru LED-uriCapsula unui LED trebuie s ndeplineasc pe lnga funciile de protecie fa de aciunea mediului, fixare mecanica, conectare electric i o serie de funcii optice, trebuie s asigure: ieirea luminii ntr-o cantitate ct mai mare, cu o distribuie spaial convenabil. Plasarea cipului aproape de focarul lentilei convergente formate de capsul conduce la o caracteristic unghiular de emisie ngust. O uoar defocalizare i adugarea unui material difuzant n compoziia plasticului conduc la mrirea curbei caracteristice de emisie, chiar dac strlucireaare o mic scdere; s produc un contrast satisfctor ntre strile aprins i stins. Se definete raportul de contrast, CR, al unui LED ca fiind raportul ntre strlucirea LED-ului i strlucirea fondului datorit luminii ambiante. Raportul poate lua valori n intervalul (1, ). Valoarea tipic CR=10 este minim pentru un LED. O metod de mrire a raportului de contrast este colorarea capsulei n culoarea luminii emise de dispozitiv, materialul capsulei fiind astfel unfiltru optic.

Alimentarea LED-urilor n curent continuu se face dup schema din figura 6 .

Figura. 6 Semnalizare cu: a) comutator, b) tranzistorAlimentarea n curent alternativ se face conectnd o diod redresoare antiparalel cu LED-ul, precauie necesar datorit tensiunii inverse mici (3-5 V) de strpungere a diodei electroluminescente.

SfritSfrit