На сегодняшний день светодиоды (СД) с различным цветом излучения получили широкое применение в устройствах индикации и осветительных приборах [1-3]. Их основные характеристики широко изучены, однако зачастую требуется знание дополнительных неописанных производителем СД параметров [4-7]. В качества таких характеристик можно отметить зависимости световых и цветовых параметров СД от температуры окружающей среды [8].

При изменении температуры меняются многие параметры СД, указанные производителем для комнатной температуры при том, что устройства на СД обычно предназначены для работы в широком температурном диапазоне.

С увеличением температуры интенсивность излучения СД падает за счет следующих факторов:

– безызлучательная рекомбинация через глубокие примесные уровни;

– рекомбинация на поверхности;

– потери носителей заряда в барьерных слоях гетероструктур.

В рамках данной работы были исследованы параметры СД различающихся по конструкции (планарные и выводные), а также цветовому диапазону излучения. Рассмотрим шесть светодиодов – по два красного (СД1, СД2), зеленого (СД3, СД4) и синего (СД5, СД6) цвета излучения. Экспериментальные вольтамперные характеристики данных СД представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Вольтамперные характеристики исследованных СД

На рис. 2 представлены зависимости максимальной интенсивности исследованных СД от рабочего тока. Для получения световых и цветовых характеристик СД использовались разработанные на кафедре электронных приборов и устройств СПбГЭТУ оптический спектрометр ISM3600 и программное обеспечение Aspect2010 [9-12]. Можно отметить, что с ростом тока интенсивность излучения растет практически линейно.

Рисунок 2. Зависимости максимальной интенсивности излучения от протекающего тока

Зависимости максимальной интенсивности излучения от температуры для различных СД представлены на рис. 3. Падение интенсивности излучения с увеличением температуры объясняется повышением роли безызлучательной рекомбинации. Работа СД связана с протеканием электрического тока через p–n-переход кристалла и рекомбинацией носителей зарядов [13]. Таким образом, кроме влияния температуры окружающей среды, необходимо учитывать собственный нагрев кристалла в результате протекания тока.

Рисунок 3. Зависимости максимальной интенсивности излучения от температуры

Не менее важной характеристикой для индикаторных СД является доминирующая длина волны, т. е. выраженный в виде длины волны основной цвет излучения СД воспринимаемый человеческим глазом [14-16]. Зависимости доминирующей длины волн от тока и температуры для исследованных СД представлены на рис. 4, 5.

Рисунок 4. Зависимости доминирующей длины волны излучения от протекающего тока

Рисунок 5. Зависимости доминирующей длины волны излучения от температуры

Основным характеристикой, определяющей доминирующую длину волны излучения СД, является ширина запрещенной зоны полупроводника, из которого изготовлен кристалл СД. С увеличением температуры можно наблюдать смещение спектра излучения СД, а вместе с ним и доминирующей длины волны в область больших длин волн (меньших энергий).

Температурные зависимости были получены для относительно небольшого участка вблизи комнатной температуры. Данный факт связан с тем, что индикаторные СД наиболее часто используются именно в данном температурном диапазоне. При этом характер полученных зависимостей достаточно близок к линейному, что позволяет без существенных погрешностей аппроксимировать характеристики в области больших и меньших температур.

Проведенные в рамках данной работы исследования позволяют сделать следующие выводы:

– интенсивность излучения СД практически линейно уменьшается с ростом температуры, что может быть частично компенсировано увеличением протекающего через СД тока (при этом стоит учесть, что больший ток приведет к дополнительному нагреву СД);

– с ростом тока доминирующая длина волны сперва резко возрастает, что скорее всего связано с нагревом в результате протекания тока через кристалл, а далее после стабилизации температуры практически не изменяется;

– доминирующая длина волны излучения СД с ростом температуры возрастает, при этом ее изменение для некоторых образцов СД достаточно существенно, что будет заметно при визуальном наблюдении (человеческий глаз способен распознать изменение цвета при сдвиге доминирующей длины волны примерно на 2 нм).

1. Шуберт Ф. Светодиоды. М.: Физматлит, 2008. 496 с.
2. Кострин Д.К., Ухов А.А. Метод подбора близких по цветовым характеристикам белых светодиодов для систем освещения // Контроль. Диагностика. 2013. № 7. С. 47-50.
3. Selection of White Light-Emitting Diodes with Similar Color Characteristics for Lighting Systems / D.K. Kostrin, M.L. Vinogradov, A.A. Uhov et al. // Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference. 2016. P. 615-618.
4. Кострин Д.К., Ухов А.А. Метод контроля пространственного распределения световых и цветовых характеристик излучения светодиодов // Контроль. Диагностика. 2014. № 2. С. 65-68.
5. Коррекция спектральной характеристики оптического спектрометра при исследовании источников инфракрасного излучения / Д.К. Кострин, А.А. Ухов, В.А. Герасимов, Л.М. Селиванов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014. № 2. С. 3-5.
6. Спектрометрический метод контроля характеристик светоизлучающих диодов / Д.К. Кострин, А.А. Ухов, В.А. Герасимов и др. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014. № 8. С. 11-14.
7. Повышение точности и воспроизводимости результатов колориметрических измерений светоизлучающих диодов / Р.В. Юдин, Д.К. Кострин, Д.И. Шишов, А.А. Ухов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2013. № 3. С. 8-13.
8. Никифоров С. Температура в жизни и работе светодиодов. Ч. 2 // Компоненты и технологии. 2006. № 1. С. 18-23.
9. Ухов А.А., Кострин Д.К. Оптимизация системы регистрации многоканального оптического спектрометра // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2013. № 4. С. 8-12.
10. Кострин Д.К., Ухов А.А. Интерференция в поверхностном слое и метрологические параметры спектрометров с ПЗС-фотоприемниками // Датчики и системы. 2013. № 5. С. 13-15.
11. Кострин Д.К., Ухов А.А. Аппаратно-программный спектрометрический комплекс для исследования параметров светоизлучающих диодов // Биотехносфера. 2013. № 3. С. 21-25.
12. Use of compact spectrometer for plasma emission qualitative analysis / A.A. Uhov, V.A. Gerasimov, D.K. Kostrin, L.M. Selivanov // Journal of Physics: Conference Series. 2014. V. 567. P. 012039.
13. Кострин Д.К., Ухов А.А. Датчики в электронных устройствах. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 240 с.
14. Кострин Д.К. Разработка и исследование спектрометрического программно-аппаратного комплекса для анализа светоизлучающих диодов: Автореф. дис. … канд. техн. наук / Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). СПб., 2013.
15. Кострин Д.К. Разработка и исследование спектрометрического программно-аппаратного комплекса для анализа светоизлучающих диодов: Дис. … канд. техн. наук / Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). Санкт-Петербург, 2013.
16. Кострин Д.К. Оборудование и методы спектрометрического контроля изделий и процессов электроники. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 160 с.

Все статьи автора «Кострин Дмитрий Константинович»