CC BY
8
УДК 535.215.6
Грачев А.С.
ФГБОУВО «Марийский государственный университет»
г. Йошкар-Ола, РФ
ОБ ИЗМЕНЕНИИ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕТОДИОДА ОТ ВЕЛИЧИНЫ P-N ПЕРЕХОДА
Аннотация
В дискуссионной статье рассматривается возможность изменения величины p-n перехода светодиода механическим или электрическим путями, по аналогии с пьезокристаллами, и получения заданной длины волны светового излучения.
Ключевые слова
Диффузия, p-n переход, рекомбинация, освещенность, световой поток, излучение
ON THE CHANGE IN THE WAVELENGTH OF THE LED RADIATION FROM THE MAGNITUDE OF THE P-N JUNCTION
Annotation
The discussion article discusses the possibility of changing the value of the p-n transition of an LED by mechanical or electrical paths, by analogy with piezo crystals, and obtaining a given wavelength of light radiation.
Keywords
Diffusion, p-n transition, recombination, illumination, luminous flux, radiation.
Принцип работы светодиода, основанный на переходе основных носителей заряда в полупроводниках через p-n переход, образующийся за счет диффузии электронов и дырок и, появившийся при их рекомбинации, через запрещенный энергетический барьер и также в ходе рекомбинации, появляющееся излучение, хорошо описан в литературе, при изучении полупроводниковых приборов. Причем длина волны излучения зависит от величины p-n перехода, от величины энергетического барьера.
Светодиод представляется не как два полупроводника, разной проводимости, прижатых один к другому. А как сложный технологический узел, когда один полупроводник, например n- типа, является основанием, а на него напаивается капля полупроводника p- типа, которая при определенной технологической процедуре диффундирует в полупроводник n- типа, образуя при этом металлургическую границу, в которой и создастся p-n переход. Так получается диод.
Величина запрещенной зоны может меняться при подключении к полупроводникам источника энергии. Когда диод включен в прямом направлении, ток через него большой, величина запрещенной зоны маленькая, удельное сопротивление диода мало. Когда диод включен в обратном направлении, ток через него маленький, величина запрещенной зоны большая, удельное сопротивление диода велико.
Таким образом, величина энергетического барьера может меняться в зависимости от концентрации основных и неосновных носителей заряда в полупроводниках разных типов, от их плотности в кристаллах.
Из-за ухода основных носителей заряда, электронов из n- области в р- область и дырок из р- области в n- область, и в результате их рекомбинации, граница между р и n полупроводниками обеднена носителями заряда, и её сопротивление велико по сравнению с сопротивлением остальных областей. Эта граничная область, обладающая большим сопротивлением, называется запорным слоем. По своей протяжённости запорный слой — это слой области пространственного заряда.
Ширина этой области зависит от концентрации донорных и акцепторных примесей в n- и р-полупроводниках.
Распределение потенциала в переходной области и ширину области объёмного заряда можно определить из решения уравнения Пуассона, связывающего потенциал поля с объёмной плотностью зарядов, создающих это поле:
d2W р
dx2 ssо
(1)
где р - объёмная плотность зарядов, е — относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, £0 - диэлектрическая проницаемость вакуума.
Из решения этого уравнения с учётом граничных условий на контакте можно получить выражение для определения контактной разности потенциалов:
М1Щф2, (2)
12ее01 1Ма+Ма\ у '
откуда
\2eeo(Na+Nd) , (3)
d - ширина p-n перехода, т.е. суммарная ширина отрицательно заряжённой области р-полупроводника и положительно заряжённой области n- полупроводника d=Xn+Xp. Здесь Na, Nd -концентрации акцепторных и донорных примесей соответственно.
При сжатии пьезокристалла на его боковой поверхности появляется электрический потенциал, который в дальнейшем можно использовать для решения различных технических задач.
По аналогии можно предположить, что при сжатии светодиода увеличится объемная плотность Na и Nd, что приведет к увеличению фк, что в свою очередь потребует увеличения энергии зарядов для преодоления p-n перехода, энергии рекомбинации.
Следовательно, это тогда вызовет изменение энергии квантов излучения светодиода и длины волны последнего, что можно будет использовать на практике. Список использованной литературы:
1. Шашков А.Б. Основы светотехники. Учебник для вузов. http://www.iprbookshop.ru. Логос.-2016.
2. Дайсон, Ф. Устойчивые и фазовые переходы: моногр. / Ф. Дайсон, Э. Монтролл, М. Кац. - М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 554 с.
3. Оболенская Е.С., Чурин А.Ю., Тарасова Е.А., Волкова Е.В., Оболенский С.В. Измерение электрофизических характеристик p-n перехода: Практикум. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2019. - 22 с.
© Грачев А.С., 2023
