发光二极管正向电学特性.pdf

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1、发光二极管正向电学特性FORWARDELECTRICALCHARACTERIZATIONINLIGHT-EMITTINGDIODES学科专业：材料物理与化学研究生：李杨指导老师：顾洪恩教授冯列峰副教授天津大学理学院二零一二年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

2、明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月中文摘要半导体发光二极管的电学和光学特性一直以来倍受广大研究学者关注。本文运用自建的表征方法对发

3、光二极管的电学特性进行了精确测量，并利用基本物理学原理对p-n结电学特性进行了详细的理论计算。主要工作可以概括如下：1、对发光二极管的特点、分类和应用以及电学特性的研究现状进行了回顾，并对表征其正向电学特性的传统方法以及自建的基于正向交流小信号结合直流I-V特性的方法作了简单概述。2、利用精密阻抗分析仪对发光二极管的正向电学特性作了精确测量。实验结果表明，所有测试的发光二极管在一定条件下（低频率和较高电压）都会出现明显的负电容。在对表观电容随电压和频率的变化关系仔细分析后，定量地得出了负的终端电容随电压和频

4、率变化的经验公式。实验还表明，不同发光二极管的表观电导几乎不随频率变化，且与电压呈指数变化；结电容和结电导的变化规律与表观电容和表观电导变化规律一致，但在数值上存在较大差异，尤其是结电容比表观电容大好几个数量级。同时还对发光二极管的结电压、串联电阻和理想化因子做了详细分析。3、利用基本物理学原理，对一维对称p-n结的电学特性做了详细计算。首先，根据‘先进半导体器件理论’中提出的考虑了p-n结各区域压降的等效电路，找出p-n结内各区域压降之间存在的关系；其次，结合载流子的连续性方程、泊松方程等基本物理方程以及

5、边界条件对完全对称型p-n结的电学特性进行了详细计算（主要包括电流、电导和电容）；此外，还对所有对电流有贡献的项单独进行了考察，进而得出了复合、扩散、边界效应等对电流、电导、和电容的贡献，并找出了产生负电容的主要因素；最后详细计算了载流子复合寿命对电容、电导的影响。经典Schockleyp-n结理论在大电流下只考虑了扩散对电容的贡献，而扩散电容随电压呈指数增加。显然，由实验和理论得到的负电容难以在该理论框架下被解释，但当考虑所有对电流有贡献项后却能够自然地得到负电容，因而该实验和理论结果将具有非常重要的理论

6、研究价值，将有助于经典Schockleyp-n结理论的修正和推动‘先进半导体器件理论’的发展。关键词：发光二极管，正向交流小信号法，电学特性，负电容，p-n结ABSTRACTElectricalandopticalpropertiesofsemiconductorlightemittingdiodes(LEDs)havebeenpaidmuchattentionbymostresearchers.Thispaperusesself-builtcharacterizationmethodtomeasureel

7、ectricalcharacteristicsofLEDsaccurately,andcalculatestheelectricalcharacteristicsofp-njunctionindetailbyusingbasicprinciplesofphysics.Themainworkcanbesummarizedasfollows:First,wereviewedcharacteristics,classificationandapplicationaswellastheresearchstatuso

8、felectricalcharacteristicsofLEDs,andsummarizedthetraditionalmethodandSelf-builtmethodbasedonforwardACsmallsignalmethodtogetherwithDCI-Vproperties.Second,weusePrecisionImpedanceAnalyzertoaccuratelymeasurethefo