Strom-Spannungs-Charakteristik der Siliziumkarbid-Lumineszenz

Ich studiere gerade das Lehrbuch Light-Emitting Diodes (3rd Edition) von E. Fred Schubert. Kapitel 1.2 Henry Rounds Demonstration der ersten LED besagt Folgendes:

Der Mechanismus der Lichtemission in Schottky-Dioden in Durchlassrichtung und in Sperrrichtung ist in Abbildung 1.4 dargestellt, die das Banddiagramm eines Metall-Halbleiter-Übergangs unter (a) Gleichgewicht, (b) mäßiger Vorspannung in Vorwärtsrichtung, (c) starker Vorwärtsspannung zeigt Vorspannungsbedingungen und (d) unter starker umgekehrter Vorspannung, wo eine Lawinenmultiplikation auftritt. Der in der Figur gezeigte Halbleiter wird als leicht dotiert (n-Typ) angenommen; der Halbleiter kann sogar isolierend sein (i-Typ). Solche Dioden werden häufig Metall-Isolator-Halbleiter(MIS)-Schottky-Dioden genannt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung einUnter Bedingungen mit starker Vorwärtsspannung werden Minoritätsladungsträger in den Halbleiter injiziert, indem sie durch die Oberflächenpotentialbarriere tunneln. Bei Rekombination der injizierten Minoritätsträger mit den Majoritätsträgern vom n-Typ wird Licht emittiert. Die für die Minoritätsträgerinjektion in Schottky-Dioden erforderliche Durchlassspannung ist größer als die typische Durchlassspannung des pn-Übergangs. Round (1907) berichtete von Betriebsspannungen zwischen 10 V und 110 V.
Licht kann auch in einer Schottky-Diode unter Bedingungen mit starker Sperrspannung erzeugt werden, wie in Abbildung 1.4(d) gezeigt. Bei ausreichend starker Sperrspannung tritt der Avalanche-Effekt auf, bei dem hochenergetische Ladungsträger auf Atome des Halbleiters aufprallen, d. h. ein Valenzelektron in das Leitungsband angeregt wird. Bei diesem Vorgang entstehen Löcher im Valenzband sowie Elektronen im Leitungsband, die sich schließlich rekombinieren und dadurch Licht erzeugen. Über zusätzliche lichterzeugende Prozesse in Schottky-Dioden unter Sperrvorspannungsbedingungen wurde von Eastman et al. berichtet. (1964).

Kapitel 1.3 Oleg Lossevs Forschung zu SiC-LEDs sagt Folgendes:

Oleg Vladimirovich Lossev (1923, 1924a, 1924b, 1928), ein brillanter russischer Experimentator, der am Radiolabor Nischni Nowgorod in der ehemaligen Sowjetunion arbeitete, berichtete über die ersten detaillierten Untersuchungen des Elektrolumineszenzphänomens, das bei SiC-Metallhalbleiter-Gleichrichtern beobachtet wurde. Lossev wurde 1903 geboren und veröffentlichte seine erste Arbeit über Elektrolumineszenz im Alter von 20 Jahren im Jahr 1923, als er noch keinen formalen Abschluss hatte. In der Zeitung von 1923 berichtete Lossev, dass er grünes Licht mit dem "bloßen Auge" gesehen habe, als er einen SiC-Metallhalbleiter-Gleichrichter in Sperrichtung vorspannte. In seiner 1924 in Wireless World and Radio Review veröffentlichten Arbeit zeigte er das erste Foto von SiC, das Elektrolumineszenz emittiert. Es ist in Abbildung 1.5 dargestellt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung einFür Vorwärtsvorspannung war der Strom höher, aber es wurde wenig oder keine Lichtemission beobachtet. Die Hauptverwendung dieser Gleichrichter war in Festkörper-Demodulations-Funkschaltungen, die keine Vakuumröhren verwendeten. Oleg Lossev fand heraus, dass bei einigen Dioden Lumineszenz auftrat, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt waren; später fand er heraus, dass bei einigen Dioden Lumineszenz auftrat, wenn sie in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung vorgespannt wurden. Abbildung 1.6 zeigt eine detaillierte Strom-Spannungs-Kennlinie, die Lossevs hohe wissenschaftliche Strenge zeigt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Kapitel 1.3 behauptet Folgendes:

Für Vorwärtsvorspannung war der Strom höher, aber es wurde wenig oder keine Lichtemission beobachtet.

Aber basierend auf den Behauptungen in Kapitel 1.2 und Abbildung 1.4 scheint es, dass die Vorwärtsspannung zu einer Lichtemission führen sollte . Verstehe ich hier etwas falsch?

Außerdem bin ich mir nicht sicher, wie ich Abbildung 1.6 verstehen soll. Es gibt zwei Punkte, an denen angegeben wird, dass "ab diesem Punkt die Lumineszenz beobachtet wird", wobei die Aussage unten links im Bereich "(-) Karborundum (+) Stahldraht" zu sein scheint, und die Aussage oben rechts scheint im Bereich "(+) Karborund (-) Stahldraht" zu liegen. Was zeigt also Abbildung 1.6?

Antworten (2)

Um Licht zu emittieren, muss Ihre Rekombination auf einmal über die Halbleiter-Bandlücke erfolgen. Bei Vorwärtsspannung bewegen sich Ihre Elektronen in einen angeregten Zustand im Metall und verlieren dann schnell ihre Energie, um sich im Metall zu erhitzen, anstatt an ein Photon.

Abbildung 1.6 zeigt eine ziemlich normal aussehende IV-Kurve einer Diode. Anscheinend geben Sie in diesem Fall eine Sperrvorspannung ein, indem Sie eine positive Spannung an den Stahldraht anlegen. Es sieht so aus, als ob Sie erhebliches Licht über etwa 3 V Vorwärtsspannung und etwa 30 V Sperrspannung emittieren.

Es sieht so aus, als ob sich der Teil, den Sie gerade lesen, auf historische Beobachtungen der ersten Dioden bezieht, die Licht emittieren. Und ich verstehe, dass diese beiden Beobachtungen von verschiedenen Personen gemacht wurden (Kap. 1.3 und 1.4). Diese Dioden haben also möglicherweise nicht die gleiche Struktur oder die Beobachtungen sind möglicherweise falsch usw.

Aber basierend auf den Behauptungen in Kapitel 1.2 und Abbildung 1.4 scheint es, dass die Vorwärtsspannung zu einer Lichtemission führen sollte. Es sagt nicht, dass es bei der Vorwärtsspannung keine Lichtemission gibt. Es besagt, dass die Beobachtung war, dass dieses Licht nur schwächer war.

Soweit ich das beurteilen kann, ist es das. Nur einige historische Fakten.

Zu Abbildung 1.6: Ich weiß nicht, was der „Carborundum (+) Stahldraht“ ist. Aber ich weiß, dass dieses Bild ein Diagramm einer Diode zeigt (möglicherweise eine Zenerdiode oder eine normale, alle Dioden emittieren tatsächlich Licht und LEDs sind nur Dioden, die mehr Licht emittieren).

1.6 zeigt also unten links: Er legt + an den Draht und - an die andere Seite der Diode, und wenn er die Spannung erhöht, beginnt Strom zu fließen, er / sie sieht ein Licht.

1.6 oben rechts: Er legt + an die andere Seite der Diode und - an den Draht, er/sie erhöht die Spannung, der Strom fließt, Licht wird emittiert.

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