Объясните эффект LED

natastream

vvasilevskiy

Последовательно что вижу:
1. Увеличивается сильно яркость-известная вещь для светодиодов при охлаждении
2. Бурлеж и кипение со светорассеянием просто из-за испарения азота (светодиод -это нагреватель)
3. Меняется свет на зеленый-точно механизм не могу сказать-какой-то сдвиг уровней при охлаждении. Такое к примеру при трехуровневой широкополосной люминесценции в лазере обычное дело. (Именно коротковолновый сдвиг но про светодиод не уверен. Остается открытым вопрос-этот сдвиг обратимый или необратимый (т.е. если вынуть, то обратно не вернется). Я думаю что обратимый

vvasilevskiy

Коротковолновый сдвиг и увеличение мощности при охлаждении объясняются грубо одним явлением-уменьшением населенности верхнего уровня и вообще изменением структуры населенности широкого уровня из-за больцмановской экспоненты.

Sensor4ik

LED основан на полупроводниковом гетеропереходе. При снижении температуры увеличивается ширина запрещенной зоны для обоих компонентов перехода. Большая ширина запрещенной зоны означает большую энергию рекомбинации носителей заряда, то есть смещение излучения в коротковолновую область: оранжевый (590-610 нм) --> желтый (570-590) --> зеленый (520-570).

Sensor4ik

А по поводу увеличения яркости, физики, я уверен, сейчас накидают причин, связанных с самим гетеропереходом, но есть и еще одна очевидная причина - сосуд Дьюара с жидким азотом изнутри зеркальный. Он действует как отражатель.

vvasilevskiy

И это тоже, хотя видно что разгорается постепенно. Если посмотреть даташит на любой светодиод, то там почти в два раза если градусов на 100.

natastream

При снижении температуры увеличивается ширина запрещенной зоны
Вопрос собственно почему? Можно ли это как-то пояснить без расчетов?

Коротковолновый сдвиг ... объясняются... уменьшением населенности верхнего уровня
По-моему это объяснение не работает: Электроны прыгают из зоны проводимости n-области в валенттную зону p-области. С падением температуры электроны будут предпочтительно заселять нижние уровни, т.е. будут прыгать с более низких уровней -это приведет к красному сдвигу. Правда освободятся уровне пониже в p-области, и электроны смогут прыгать на более низкие урвони - это приведет к синему сдвигу. Т.е. все компенсируется.
Наконец сдвиг в 20нм соответствует изменению энергии кванта на ~0.1эВ, в то время как энергия kT при комнатной температуре ~0.02эВ, т.е. чисто Больцманом тут не обойтись, действительно надо предположить, что меняется энергия самих уровней.

natastream

Мне вот из опыта расчетов всяких окислительно-восстановительных реакций видится такое объяснение: при повышении температуры энергии заселенных уровней меняются на величины порядка kT, т.к. сидящие на них электроны дают вклад в полную энергию системы. В то же время энергии виртуальных орбиталей, на которые садится электрон вклада в энергию системы не дают и их энергия может меняться гораздо сильнее при тепловых деформациях кристаллической решетки. В результате с повышением температуры энергия виртуальных уровней растет нелинейно и наблюдается красный сдвиг. Насколько это объяснение адекватно с точки зрения физики твердого тела?

Romyk

У лазерных диодов коэффициент смещения длины волны что-то типа полнанометра на кельвин. То есть за 100 градусов вполне может уйти на 50 нм. Причины - не вникал, не надо было, капитан подсказывает что там концентрация носителей заряда сильно меняется от температуры (в том числе и по механическим причинам). Но есть еще чтото типа скорости инжекции зарядов и тд (да, я в этом дилетант). Кпд кстати тоже растет с уменьшением температуры, ну это практически у всякой люминесценции так.
А за наводку спасибо - интересовался както лазером в районе 570-610 нм, цены устрашающие.

wawa321

Увеличивается сильно яркость-известная вещь для светодиодов при охлаждении
если запитывают от источника постоянного напряжения (ака батарейка то с охлаждением падает сопротивление, и увеличивается ток. поэтому светодиод светит ярче.

stroganov

то с охлаждением падает сопротивление
У полупроводника?

Sensor4ik

Можно пояснить и на пальцах. При понижении температуры уменьшается параметр решетки, т.е. уменьшается межатомное расстояние. Это приводит к снижению энергии связывающей орбитали (т.к. ее электроны локализованы в области положительного потенциала между ядрами) и к повышению энергии разрыхляющей орбитали, т.к. ее области электронной плотности находятся за ядрами на линии, соединяющей их центры. В терминах зон, то есть объединенных двухатомных орбиталей, это будет означать, что валентная зона снизилась по абсолютной энергии, а зона проводимости возросла.
Да, забыл сказать, загугли соотношение Варшни (Varshni).

wawa321

почему тогда ярче светит? :confused:

tester1

пишут же, что кпд повышается
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: