Determinarea constantei lui Planck din studiul electroluminiscentei diodelor semiconductoare

Determinarea constantei lui Planck din studiul electroluminiscentei diodelor semiconductoare

Aparatura necesara

1. Diode de GaAs. 2. Voltmetru. 3. Miliampermetru. 4. Spectro-metru.

Introducere

Cand printr-o jonctiune n-p a unui semiconductor trece un curent electric se produc emisii de radiatii luminoase (fenomen de electrolu-miniscenta).

Semiconductorul tip n are ultimul nivel electronic ocupat (nivel Fermi) situat sub banda de conductie (E_c) in timp ce semiconductorul tip p are nivelul Fermi (E_fp) deasupra bandei de valenta (E_v) (fig.1)

							EF

Fig.1

Cand cele doua semiconductoare sunt puse in contact, nivelele Fermi se vor egala prin coborarea diagramei energetice din zona n si ridicarea celei din zona p (1b). La interfata n-p se formeaza un strat dipolar, de intensitate (E₀) care se opune trecerii purtatorilor electrici dintr-un semiconductor in celalalt (fig.2).

Daca o sursa electrica de tensiune V₀ se conecteaza cu polul negativ la semiconductorul n, campul electric de baraj (E₀) va cadea dar nu va disparea. In consecinta, intre nivelele Fermi, se va stabili o bariera de potential la valoarea: E_Fn - E_Fp = eV₀ (fig.2b). In acest caz, electronii care trec de pe nivelul E_Fn pe nivelul E_Fp vor emite simultan o cuanta luminoasa de energie:

(1)

unde l = lungimea de unda a radiatiei emise; e = sarcina electronului; c = viteza luminii.

Diodele electroluminiscente (LED), pe baza de GaAs impurificat, folosite in lucrare, sunt montate intr-un dispozitiv ca in fig.3.

Efectuarea lucrarii

1.De la potentiometrul (P) (fig.3) se modifica tensiunea (v) aplicata pe dioda (LED), din 0,1 in 0,1 V. Se citeste curentul corespunzator (I) care trece prin dioda.

2. Se reprezinta graficul I = f(V). Din grafic se determina apoi tensiunea optima (V₀) prin extrapolare ca in fig.4.

Fig.3  Fig.4

3. Lungimea de unda emisa de dioda (LED) la aceasta tensiune se determina cu spectroscopul in prealabil etalonat .

4. Cu ajutorul lungimii de unda (l) si marimii (V₀) gasita la (2), se calculeaza constanta lui Planck cu relatia:

h = eV₀l/c, dedusa din (1).

Operatiile de mai sus se repeta la fiecare dioda iar rezutatele se centralizeaza in tabelul 1.

Tabelul 1

Nr. V I V l h s_h

crt (volt) (A) (vo1t) (m) (Js) (Js)

Intrebari

1. Orice dioda semiconductoare poate emite o radiatie monocromatica?

2. Daca se inverseaza polaritatea tensiunii de pe dioda, se mai produce electroluminiscenta?

3. Privind fig.4, la ce credeti ca s-ar mai putea utiliza un LED?