2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 13:54 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
Xey в сообщении #1298770 писал(а):
Т.е. недостаток энергии сменился избытком.


Не сменился. Вопрос был про свечение при $1.6 V$.
Да, оказалось, что при номнальном режиме падение больше. Но и при $1.6 V$ светится, хотя и весьма тускло, особенно при сравнении с яркостью при номинальном токе.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 14:04 
Аватара пользователя


26/09/16
198
Снегири
Какая нагрузка в цепи? Сколько падение напряжение на ней?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 14:12 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
SVD-d в сообщении #1298754 писал(а):
Ну как, высвечивать? ...


Не буду оспаривать Ваши оценки. Но факт остаётся фактом: кристаллы красных светодиодов имеют красный цвет, еще на советских в металлическом корпусе с прозрачной линзой заметил (АЛ102, если склероз не изменяет).
Возможно, "пересвечивает" в красный падающий свет.

-- 21.03.2018, 14:16 --

SVD-d в сообщении #1298778 писал(а):
Какая нагрузка в цепи? Сколько падение напряжение на ней?


Опыт начался с простого.
Есть китайский тестер с режимом проверки диодов. Но в этом режиме он показывает не сопротивление, как обычно, а падение напряжения.
Вот на нём и было замечено, что падение $1.6 V$, и светодиод светится, гораздо тусклее, конечно, чем при номинальном токе (у него $600-700 mA$), но своим "родным" красным цветом. Тут же проверили другим тестером, тот тоже показал падение $1.6 V$. Ток не измерялся, думаю, что-то около единиц мА.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 14:27 
Аватара пользователя


26/09/16
198
Снегири
Думаю, да, красным он видится в отражённом свете. Вы же на него не в темноте смотрите... А коэффициент поглощения у полупроводников максимален как раз вблизи ширины запрещённой зоны.

Ммм... В режиме проверки диодов цифра на тестере может быть ограничена напряжением батарейки, которая стоит внутри тестера. Так, я сейчас взял два светодиода: 660 и 365 нм и проверил своим, не менее китайским. Получилось 0.68 и 0.72 В соответственно.

Всё-таки, давайте по правилам. Какая нагрузка у вас в цепи, сколько выдаёт источник, что покажет вольтметр при измерении напряжения на нагрузке и на светодиоде?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 14:49 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
SVD-d в сообщении #1298785 писал(а):
Так, я сейчас взял два светодиода: 660 и 365 нм и проверил своим, не менее китайским. Получилось 0.68 и 0.72 В соответственно.


А они при этом светятся (заметно глазом)?
Понятно, что тестеры и Ваш, и мой, показали какую-то точку на ВАХ диода, ниже (по напряжению и току) номинала.

SVD-d в сообщении #1298785 писал(а):
Какая нагрузка у вас в цепи, сколько выдаёт источник, что покажет вольтметр при измерении напряжения на нагрузке и на светодиоде?


Можно же просто сказать, диод питается источником тока. Достаточно двух чисел: падение напряжение на диоде (оно известно и проверено другим тестером) и ток через него. Ток не измерялся, измерю, как будет возможность, не сегодня.

Некоторые пояснения про тестеры.
1. Есть тестер в режиме пробника диодов, его подключаем к диоду. Этот тестер подает какой-то ток на диод и показывает падение напряжения.
2. Есть второй тестер, он в режиме вольтметра, при подключенном первом измеряем тестером-вольтметром падение напряжение. UPD: То есть это та же самая точка на ВАХ, просто вторым тестером проверяем показания первого.
Числа сходятся до второго знака после запятой.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 14:53 
Аватара пользователя


26/09/16
198
Снегири
Хрень какая-то.
Взял чуть боле мощный тестер в режиме прозвонки диодов. Такой чтобы светодиод светился. Подключаю к светодиоду 530 нм. Энергия 2.34 эВ. Тестер ничего не показывает: батарейки ему для этого не хватает. Но я параллельно подключил вольтметр и вижу на светодиоде падение 2.25 В.
Беру светодиод 660 нм, на нём и первый и второй тестер показывают 1.8 В при должных 1.87.
Беру светодиод 625 нм. На нём те примерно те же 1.9 В при нужных 2.
Могу предположить, что источник питания в тестере работает в каком-нибудь странном режиме, когда он периодически выключается или меняет напряжение крупными ступеньками, из-за чего напряжение часто меняется, а когда прибор всё это суммирует и усредняет, получается что-то чуть меньшее чем положено.

Или быть может стоит провести измерение в темноте, чтобы светодиод не работал как солнечная батарейка. Не могу быстро сообразить, к чему приведёт включение такой батарейки в цепь тестера.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 16:42 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
SVD-d
Про измерения.

Тестер, который в режиме проверки диодов - an8009

Данные измерений:
1. Диод "3 Вт" 660 нм, о котором шла речь выше. Падение напряжения 1.6 В, ток 0.850 мА.
2. Другой диод "3 Вт", внутри синий светодиод (частично "пересвечивает" синий свет в красный через люминофор, но это не важно). Падение напряжения 2.49 В, ток 0.355 мА

Ток измерялся другим тестером, совсем китайским :-) , типа M-838, в режиме измерения токов, конечно.

Номинальные токи у обоих светодиодов 500-700 мА.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 17:05 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
EUgeneUS в сообщении #1298772 писал(а):
при $1.6 V$ светится, хотя и весьма тускло


Видимо дело в уширении линий. В твердых телах вообще получаются полосы.

Длины волн излученных фотонов находятся в пределах полосы. Чем дальше от центра , тем меньше фотонов.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 17:22 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
SVD-d
UPD: исходя из описанных выше точек измерения, можно предположить, что an8009 в режиме проверки диодов подключает последовательно сопротивление 1.8 кОм. И измеряет падение напряжения на тестируемом элементе.

Для проверки предположения нужна третья точка, которой (пока) нет.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение21.03.2018, 18:38 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5003
ФТИ им. Иоффе СПб
SVD-d в сообщении #1298754 писал(а):
Давайте оценим, а amon не даст соврать.
Не соврали. Равновесное тепловое излучение всех тел, как известно, одинаково (иначе можно построить вечный двигатель второго рода). Поэтому
SVD-d в сообщении #1298785 писал(а):
Думаю, да, красным он видится в отражённом свете. Вы же на него не в темноте смотрите... А коэффициент поглощения у полупроводников максимален как раз вблизи ширины запрещённой зоны.
абсолютно верно. Люминофор эффективно может перерабатывать только короткие волны в длинные. Наоборот тоже возможно, но очень не эффективно. Диоды на 660 нм скорее всего GaAlAs, и никакого люминофора на них нет. Напряжение измерять лучше всего старым добрым стрелочным тестером или специально обученным диодным характериографом, иначе можно много интересного намерить.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение22.03.2018, 09:33 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
amon в сообщении #1298849 писал(а):
Напряжение измерять лучше всего старым добрым стрелочным тестером или специально обученным диодным характериографом, иначе можно много интересного намерить.


А какие могут возникнуть проблемы при измерении постоянного напряжения\тока?

(Стрелочным тестером)

удобно измерять переменное напряжение, причем не синусоидальное. Так как из-за усреднения на электромеханической системе получаем автоматом действующее напряжение для любой формы сигнала.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение22.03.2018, 13:02 
Аватара пользователя


26/09/16
198
Снегири
Два пункта.

Во-первых, измерил 660 нм ($E_{g} = 1.87$ эВ). Приложил напряжении 1.7 В. Осциллограф не показывал никаких отклонений от постоянного сигнала. Это значит, что измеренное напряжение в точности соответствует приложенному.

Во-вторых, это ровно никак не влияет на закон сохранения энергии. Почему - сейчас расскажу.

Напряжение, которое необходимо приложить к светодиоду для того чтобы тот начал светиться, зависит в общем случае от уровней ферми в узкозонной и широкозонной области, от того как расположены друг относительно друга разрешённые зоны и уровни вакуума, от того, какое было настроение у того, кто эти светодиоды готовил, от того, сколько там потенциальных барьеров - и так далее. Это напряжение может быть меньше ширины запрещённой зоны узкозонного материала, а может быть больше (так чаще всего и бывает). Если оно окажется равным, то только в результате забавного совпадения. Да и не должно быть равным.

В области гетероперехода уже есть изгиб зон и потенциальный барьер, поэтому единственное, что делает приложенное напряжение - это тащит носители к области барьера, где они соберутся и начнут рекомбинировать. В ходе рекомбинации пары будут испускать фотоны с длиной волны равной ширине запрещённой зоны, просто потому что никакую другую они не выдадут. Ну там плюс-минус $kT$, но это не считается.

Пусть светодиод уже вышел на линейный участок ВАХ, но пока не достиг номинального напряжения. На нём не столько вольт, как положено, а процентов на десять меньше. Но потенциальный барьер для электронов уже есть, и дырки мимо него пролетают, так что рекомбинация идёт. Она излучательная, потому что почему бы и нет, но вероятность её на порядок меньше, чем положено: носителей меньше из-за меньшего тока, плюс концентрация размазана на потенциальную яму большей ширины, а сама вероятность зависит от концентрации квадратично. Носители уносят энергию равную ширине запрещённой зоны, а приносят меньше. Если бы вероятность излучательной рекомбинации была 100%, то светодиод бы охлаждался. Но она не 100%, так что всё хорошо.

Куда девается избыток энергии, полученный в результате безызлучательной рекомбинации? Он идёт на нагрев решётки. Постоянно идёт термический заброс электронов в зону проводимости, откуда они потом снова сваливаются в валентную зону с излучением фотона.
Так и живём.

-- 22.03.2018, 13:19 --

Да, и пока не забыл. Сто процентов излучательной рекомбинации вы получить никогда не сможете. Поэтому сам вопрос "что бы было, если бы вероятность излучательной рекомбинации был 100%" лишён смысла в той же степени, что и "как поведёт себя нерастяжимая нить в СТО".
Даже сделав бездефектный и беспримесный кристалл, вы в лучшем случае уменьшите вероятность рекомбинации на глубоких центрах. А вот Оже-рекомбинация будет всегда, и чем больше инжекция носителей, тем больше её вероятность. И зависит она только от концентрации носителей, никакой очисткой её вы не уберёте.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение22.03.2018, 13:50 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
Изображение
https://vunivere.ru/work2647/page3
660 это только центр.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение22.03.2018, 13:53 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
SVD-d

Да, всё так. Именно такая картина в конце концов и сложилась с Вашей помощью и (несколько ранее) помощью уважаемого amon.

Что-то подобное подозревал:
EUgeneUS в сообщении #1298381 писал(а):
Если запретить 100% квантовый выход ("идеальный светодиод"), то всё сходится.


Кроме того, в книге Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. "Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках" в Главе 11. "Оже-рекомбинация" нашел такие слова:

Цитата:
Коэффициенты $\gamma_n$ и $\gamma_p$ являются фундаментальными характеристиками, определяющими минимально возможные скорости безызлучательной рекомбинации. Они зависят от энергии рекомбинирующих частиц, то есть от температуры при максвелловским распределении носителей...


И 100-процентный квантовый выход превращается в тыкву "нерастяжимую нить в СТО".

-- 22.03.2018, 13:57 --

Xey

Да, свет от светодиода не монохроматичный.
Теоретическое распределение не симметричное, а несколько перекошенное: ноль в $E_g$, потом пик в $E_g + kT/2$, и хвост в коротковолновую область.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энергия фотонов из светодиода
Сообщение22.03.2018, 23:13 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5003
ФТИ им. Иоффе СПб

(Оффтоп)

EUgeneUS в сообщении #1299034 писал(а):
Теоретическое распределение не симметричное, а несколько перекошенное: ноль в $E_g$, потом пик в $E_g + kT/2$, и хвост в коротковолновую область.
Если опять вспомнить того, кто в деталях, то выяснится, что из-за электрон-фононного и кулоновского взаимодействия в реальных спектрах и красный хвост спектра залезает ниже $E_g,$ и пик несколько в другом месте.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 45 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group