Теоретический материал. Как у выпрямительного диода, так и у светодиода в основе конструкции лежит p—n-переход. Поэтому механизмы прохождения тока через диод и светодиод в основном одинаковы. Светодиод — это излучающий полупроводниковый прибор с р—п-переходом, предназначенный для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. В качестве материала для изготовления светодиодов обычно используют полупроводниковые соединения: карбид кремния SiC, фосфид галлия GaP, арсенид галлия GaAs и др. Спектр излучения зависит от используемого материала, от рода и концентрации примесей. Электронно-дырочные переходы в кристаллах полупроводников для светодиодов изготавливают методом диффузии примесей в монокристалл либо методом сплавления. При отсутствии внешнего электрического поля на электродах светодиода диффузии основных носителей заряда через р —п-переход (электронов из п- в р-область и дырок в противоположном направлении) препятствует внутреннее электрическое поле, называемое контактным. Из-за наличия контактного поля для перевода электрона из п- в р-область и дырки в противоположном направлении требуется совершить работу, равную произведению заряда электрона на контактное напряжение (рис. 114), т. е. А = eUк.
Рис. 114
Когда к электродам диода подводят напряжение источника в пропускном направлении, то контактное напряжение убывает и запирающий слой сужается. Это значит, что часть основных носителей заряда получает возможность преодолевать р — п-переход, и тем самым они обеспечивают прямой ток. При равенстве внешнего напряжения контактному электроны и дырки беспрепятственно устремляются навстречу друг другу, и сила тока резко возрастает. При этом дырки и электроны рекомбинируют в соответствующих областях. Процесс рекомбинации сопровождается свечением p — n-перехода, т. е. свечением светодиода. Цель работы: измерить контактное напряжение, напряжение зажигания и прямой ток светодиода. Приборы и материалы: адаптер, мультиметр M890G, светодиод, реостат-потенциометр, провода соединительные. Указания к работе: 1. Переведите мультиметр в режим вольтметра постоянного тока с пределом «2 В» или «20 В», щупы вольтметра присоедините к выводам светодиода и зафиксируйте показания прибора при освещенном и затемненном светодиоде. При отсутствии показаний прибора поменяйте полярность подключения светодиода. 2. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 115 и наблюдайте за показаниями вольтметра в момент зажигания светодиода, т. е. измерьте напряжение в момент зажигания.
Рис. 115
Рис. 116
3. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 116 и при повороте ручки потенциометра фиксируйте показания амперметра, т. е. силу тока, протекающего через светодиод.
5. Соотнесите экспериментальные данные с основными теоретическими положениями.
