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MISURA DI h CON LED Progetto Lauree Scientifiche 2009 Dipartimento di Fisica Università degli studi Perugia.

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Presentazione sul tema: "MISURA DI h CON LED Progetto Lauree Scientifiche 2009 Dipartimento di Fisica Università degli studi Perugia."— Transcript della presentazione:

1 MISURA DI h CON LED Progetto Lauree Scientifiche 2009 Dipartimento di Fisica Università degli studi Perugia

2 h è la costante di Planck, fu introdotta nel 1900 dal fisico omonimo, e può essere definita coma la costante di proporzionalità che lega lenergia di una radiazione e la sua frequenza secondo la legge E = h Ne consegue che ad ogni frequenza è associata una ben determinata energia. CHE COSA è h? c Velocità della luce ~ 3×10 8 m/s (una costante) E = h =hc/

3 LA NOSTRA ESPERIENZA La luce emessa da un LED (Light Emitting Diode) ha una frequenza ben definita che si può misurare con uno spettroscopio. Dalla sua misura si può ottenere la costante di Planck. 1) E = h 2) E = E g = qV g + k B T Dobbiamo usare queste due equazioni che coinvolgono alcune grandezze fisiche misurabili

4 EMISSIONE DI LUCE NEI LED E banda di conduzione Gap di banda + - elettrone banda di valenza Si: h = 1.1 eV GaAs: h = 1.4 eV AlAs: h = 2.2 eV lacuna h Ricombinazione elettrone-lacuna Lemissione di luce di una data energia h avviene a seguito di un processo di ricombinazione di un elettrone della banda di conduzione con una lacuna della banda di valenza ricombinazione ? valenza? conduzione? bande? lacune? ??

5 5 STRUTTURA A BANDE NEI SOLIDI Quando gli atomi interagiscono fra loro, ed in special modo quando cominciano ad intervenire legami stabili, e conseguenti configurazioni fisse degli atomi stessi, come avviene nei solidi gli elettroni di ciascun atomo possono occupare livelli talmente vicini tra loro, in termini energetici, e talmente numerosi, da distribuirsi su bande di energia. In questo caso, però, esisteranno delle "bande" di energia permesse e delle "bande" di energia proibite. La differenza di energia corrispondente alla separazione fra le bande contigue, viene indicata comunemente band gap. Poichè gli elettroni interessati al fenomeno della conduzione elettrica sono gli elettroni sulle orbite esterne, cioè gli elettroni di valenza, l'ultima banda occupata viene comunemente indicata comebanda di valenza, mentre la prima banda vuota viene comunemente indicata comebanda di conduzione dallestensione del gap si deduce il diverso comportamento di conduttori, isolanti, semiconduttori

6 6 STRUTTURA A BANDE NEI SOLIDI SEMICONDUTTORI elettrone Un particolare molto importante, che contraddistingue il comportamento specifico dei semiconduttori, è che l'elettrone nel saltare nella banda di conduzione, lascia un legame libero. Questo posto vacante viene indicato come lacuna. campo elettrico Il meccanismo descritto provoca la creazione di coppie di elettrone-lacuna per cui il loro numero sarà sempre esattamente lo stesso. Poichè il materiale è elettricamente neutro, quando l'elettrone abbandona il posto, lascia una carica positiva localizzata sull'atomo che risulta ionizzato. Se applichiamo un campo elettrico al semiconduttore non si muoveranno solo gli elettroni, ma anche le lacune, che possiamo assimilare a cariche positive con una massa propria. In realtà a muoversi sono sempre e soltanto gli elettroni!

7 7 LA GIUNZIONE p-n giunzione. Quando due semiconduttori diversi vengono messi a contatto l'uno all'altro, si realizza una struttura comunemente indicata come giunzione. In particolare si fa riferimento alle giunzioni p-n realizzate mettendo insieme due semiconduttori drogati uno di tipo p ed uno di tipo n. AGGIUNTA DI ELETTRONI DROGAGGIO n AGGIUNTA DI LACUNE DROGAGGIO p un LED è costituito da una giunzione p-n, ma perché emette luce? DEFORMAZIONE DELLE BANDE ALLEQUILIBRIO

8 LA GIUNZIONE p-n POLARIZZAZIONE INVERSA POLARIZZAZIONE DIRETTA Nella polarizzazione inversa si avrà una accentuazione dell'inclinazione delle bande, ai lati della giunzione, e la corrente sarà dovuta solo alle cariche minoritarie, che trovano condizioni a loro favorevoli. Quando la polarizzazione diretta avrà equilibrato le bande, annullando l'effetto degli ioni fissi all'interno della giunzione, la corrente potrà fluire tranquillamente attraverso la giunzione stessa. Elettroni e lacune si trovano allinterno della giunzione e possono ricombinarsi liberando energia pari al salto energetico sottoforma di luce. E g = E C – E V = h

9 LA NOSTRA ESPERIENZA 1) E = h 2) E g = qV g + k B T Dobbiamo usare queste due equazioni che coinvolgono alcune grandezze fisiche misurabili E luce emessa = E g = E C – E V = h = E FATTORE TERMICO TRASCURABILE ENERGIA ELETTRICA qV g λ h = c

10 MISURA DI V g - V + LED I MISURA DELLA CURVA CARATTERISTICA TENSIONE-CORRENTE DEL LED CASO IDEALE CASO REALE

11 11 La determinazione di m ed n è fatta utilizzando i valori sperimentali di I e V I V a b MISURA DI V g APPROSSIMAZIONE NELLA ZONA LINEARE Il rapporto n/m fornisce il valore di V g

12 MISURA DI SPETTROSCOPIO A PRISMA

13 Un prisma è un oggetto in grado di disperdere la luce bianca nelle sue componenti monocromatiche Con il cerchio di Newton è possibile miscelare le componenti monocromatiche ed ottenere la loro somma, il bianco rotazionePRISMA

14 PRISMA Lindice di rifrazione di un mezzo dipende dal colore della luce, cioè dalla sua lunghezza donda. Lindice di rifrazione di un mezzo dipende dal colore della luce, cioè dalla sua lunghezza donda. La deviazione di un raggio luminoso in seguito a rifrazione è diversa per ciascuna delle singole componenti monocromatiche che lo costituiscono. La deviazione di un raggio luminoso in seguito a rifrazione è diversa per ciascuna delle singole componenti monocromatiche che lo costituiscono. Indice di rifrazione n funzione decrescente di Indice di rifrazione n funzione decrescente di A e B costanti caratteristiche della sostanza rifrangente Dispersione Dispersione (cromatismo per rifrazione) = separazione della luce nelle sue componenti monocromatiche La deviazione cresce andando dal rosso al viola

15 15PRISMA Gli angoli i ed r tra i raggi e la normale sono definiti di incidenza e di rifrazione. Dato che n 2 dipende dalla lunghezza donda, nella rifrazione la luce bianca incidente si separa nelle sue componenti colorate. La radiazione rossa è la meno deviata, la violetta è la più deviata.


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