전자공학실험 | LED와 Laser Diode의 특성평가

 

 

 

TIP

 

 

1. 전자의 여기와 재결합에 의한 발광의 원리를 이해한다.
2. 전도체와 LED, LD등의 개념과 원리를 익힌다.

 

 

 

물질의 전기적 특성은 전도체, 부도체, 반도체로 나뉜다. 전도체는 전기가 통하는 것이고, 부도체는 통하지 않는 것, 반도체는 원래를 부도체이지만 특정한 조건이나 인위적인 조작등으로 인해서 도체로 특성이 바뀌는 물질을 의미한다. 여기서 부도체를 도체로 만드는 인위적인 방법 중에 하나는 도핑으로, 도핑은 원하는 특성을 얻기 위해 불순물을 넣어주는 방법이다. 순수한 반도체는 4족 물질로써 이루어지는데 이러한 물질에 5족이나 3족 물질로 도핑하면, N형이나 P형 반도체가 된다.

 

순수한 반도체에 5족 물질로 도핑하면 4족 원자 위치에 들어가 안정된 상태인 최외각 전자 껍질에 8개를 채우고 1개의 전자가 남아 자유전자로 돌아다니게 된다. 이 자유전자가 전기를 통하게 하는 운반체(carrier) 역할을 한다. 이를 n형 (negative type)이라고 부른다. 순수한 반도체에 3족 물질을 도핑하면 4족 물질 자리를 파고 들어가서 최외각 전자껍질에 8개를 다 채우지 못하고 하나의 빈 자리가 남는다. 이 자리를 정공(홀)이라고 부르고, 이 정공이 전기를 통하게 하는 운반체역할을 한다. 이를 p형(positive type)이라고 부른다. 두 종류의 자유이송자인 전자와 정공은 불순물의 첨가 여부와는 상관없이 언제나 반도체 안에 존재하고 있다. 흔히 전자는 (-)전하를 띄고, 정공은 (+) 전하를 띤다.

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실험 방법

1. LED의 극성을 측정(바탕실험)

1) LED는 극성이 있는 소자이므로 전극의 파악이 중요하다. 이론에서 설명했던 p-type과 n-type이 붙어있는 소자가 다이오드 소자이다. 여기서 정방향을 걸어주어야 발광을 하게 되므로 정방향을 찾는 것이 바탕실험의 조건이 된다.

 

2) LED(혹은 LD)의 길다란 전극에 (+)를 연결해주고 짧은 전극에 (-)를 연결해본다.

※ 2V를 연결해준다.

 

3) 그리고 반대로 짧은 다리에 (+)를 긴 다리에 (-)를 연결해본다.

 

4) 불이 켜지는 연결이 순방향 바이어스이고, 이 연결로써 실험을 진행한다.

 

2. 문턱 전압의 측정

1) 측정하고자 하는 LED나 LD소자에 전원공급장치를 이용하여 2～3V를 흘려주어서 발광을 하는지 확인한다.

 

2) 측정하고자 하는 소자와 광원세기 측정장치는 일직선으로 배열하고 고정한다. 전원공급장치는 0으로 맞춘다. 발광소자의 전극을 전원공급장치에 연결한다.

 

3) 전원공급장치에서 출력 값을 조정하면서 광원세기 측정장치 값을 읽어서 기록한다.

※ 전원공급장치를 갑자기 큰 값으로 조절하지 않게 주의한다.

 

4) 전원공급장치 출력값의 범위를 조절해가며 측정하여 정확한 문턱전압(전류) 값을 찾아본다.

 

3. 발광파장대와 물질의 E_q와의 관계 계산

1) 사용한 LD의 파장을 확인하고 이를 이용하여 사용한 소자의 based 물질을 예측해본다.

 

 

 

전자공학실험 : LED와 Laser Diode의 특성평가 레포트