第一篇：LED主要参数与特性要点
LED主要参数与特性
（时间:2005-11-19 15:36:11 共有
9508人次浏览）
LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性
1.1 I-V特性 表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：
(1)正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系
IF = IS(e qVF/KT –1)-------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升 IF = IS e qVF/KT
（3）反向死区 ：V＜0时pn结加反偏压
V=-VR 时，反向漏电流IR（V=-5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区 V＜-VR，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V＜-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性
鉴于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m
当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P = KT（Tj – Ta）。
1.4 响应时间
响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。
① 响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr、tf。图中t0值很小，可忽略。
② 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。
LED的点亮时间——上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。
LED 熄灭时间——下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。
不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7 S。因此它们可用在10~100MHZ高频系统。LED光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
2.1 发光法向光强及其角分布Iθ
2.1.1 发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
2.1.2 发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴ 为获得高指向性的角分布（如图1）
① LED管芯位置离模粒头远些；
② 使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③ 封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED 2θ1/2 = 6°左右，大大提高了指向性。
⑵ 当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45° 2.2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴ LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中
LED 光谱分布曲线
1蓝光InGaN/GaN 2 绿光 GaP:N 3 红光 GaP:Zn-O 4 红外GaAs 5 Si光敏光电管 6 标准钨丝灯
① 是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp = 460～465nm；
② 是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp = 550nm；
③ 是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp = 680～700nm；
④ 是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp = 910nm；
⑤ 是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。
⑵ 谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。
半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40 nm。
⑶ 主波长：有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λp也就是主波长。
如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。
2.3 光通量
光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。
LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。目前单色LED的光通量最大约1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（小芯片），对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18 lm。
2.4 发光效率和视觉灵敏度
① LED效率有内部效率（pn结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。
LED光电最重要的特性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。
② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ = 555nm处有一个最大值680 lm/w。若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关系为 P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ
③ 发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ
若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W 若光子能量hc=ev,则η≈ηP，则总光通F=（F/P）P=KηPW 式中K= F/P ④ 流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP 它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。
以下列出几种常见LED流明效率（可见光发光效率）：
LED发光颜色 λp（nm）材料 可见光发光效率（lm/w）外量子效率
最高值平均值
红光 700660650 GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP 2.40.270.38 120.50.5 1~30.30.2 黄光 590 GaP:N-N 0.45 0.1
绿光 555 GaP:N 4.2 0.7 0.015~0.15 蓝光 465 GaN 10
白光 谱带 GaN+YAG 小芯片1.6，大芯片18
品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为
η=ηiηcηe，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光（光取出效率）效率。
由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：① 用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；② 把芯片晶体表面加工成半球形；
③ 用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽，可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。
2.5发光亮度
亮度是LED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2 或Nit。
若光源表面是理想漫反射面，亮度BO与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为14×108Nit。
LED亮度与外加电流密度有关，一般的LED，JO（电流密度）增加BO也近似增大。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高，ηc（复合效率）下降，BO减小。当环境温度不变，电流增大足以引起pn结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。
2.6寿命
老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为Bt=BO e-t/τ，Bt为t时间后的亮度，BO为初始亮度。
通常把亮度降到Bt=1/2BO所经历的时间t称为二极管的寿命。测定t要花很长的时间，通常以推算求得寿命。测量方法：给LED通以一定恒流源，点燃103 ~104 小时后，先后测得BO，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出寿命t。
长期以来总认为LED寿命为106小时，这是指单个LED在IF=20mA下。随着功率型LED开发应用，国外学者认为以LED的光衰减百分比数值作为寿命的依据。如LED的光衰减为原来35%，寿命＞6000h。热学特性
LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。
LED的主波长随温度关系可表示为λp（T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃
由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。
古今名言
敏而好学，不耻下问——孔子
业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随——韩愈 兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子 己所不欲，勿施于人——孔子 读书破万卷，下笔如有神——杜甫 读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹 立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修 读万卷书，行万里路——刘彝
黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿 书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦 书犹药也，善读之可以医愚——刘向 莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞 发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼 鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅 立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元 非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮
熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》 书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游 问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹 旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼 书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄
声明
访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。谢谢合作！
第二篇：LED显示屏特性
LED显示屏特性
深圳亿光科技有限公司，蒋万安 ***,QQ 279362881,专注于LED显示屏，LED大屏幕，LED单元板，P3，P4全球现货批发。
一、显示屏的控制特性和功能
显示屏有智能的上电系统。可以定时地全LED显示屏上电，同时也可以通过电脑对显示屏进行上电或关闭。
显示屏有亮度感应的功能。它可以使显示屏在白天时达到足够的亮度在太阳下同样能显示清晰的画面，刺激大众的眼球吸引观众注意。而晚上又适量地降低显示屏的亮度，做到不影响附近居民的休息，减少居民及司机的投拆。
先进的散热系统。显示屏工作会产生好大的热量，加上白天太阳直晒黑色显示屏面罩会引收热量。没有一个良好的散热系统会直接影响LED显示屏的使用寿命。所以我们采用空调散热的方法，在外温高于30度时开启。而保证显示的使用寿命和正常工作。
二、软件技术的指标
配备中文简体WINDOWS 7/xp操作系统软件。
显示屏专用播放软件：中文界面，兼容性强，提供多种种显示效果并控制显示效果的输出。提供人工录入界面。提供多种消息的编辑、排版和剪接等功能。提供播放节目和播放内容的编排功能。提供对大屏幕显示系统数据库管理与维护的功能。提供对整个系统运行的监视和控制功能。杀毒软件：专业的杀毒软件。
能够实现多种文字多种字体的显示，能够与多种辅助设备相连接。
多种特技显示功能，如：文字显示——对汉字、西文字母、标点、数字、符号等字符，以下计算机汉字库组字模式为准，转换成统一的显示的标准格式，以实现多种文字多种字体的混合显示。
设备接口：软件应有智能的设备接口功能，能与电视机、录像机、卫星接收机、摄象机、接收机和转换多种音、视频信号进行输出显示。
特技显示：左右移动、上下滚动、左右展开、上下展开、闭和展开、简单动画、立即显示、平滑上卷、文字闪烁、放大、随机显示及淡入淡出等特技功能。
系统应具有最新的LED像素共享技术。
三、产品品质保证
质量保证体系
为了确保显示屏的品牌质量，产品生产过程中采取严格的质量保证措施
品质管制（QC）流程图
1）严格控制原材料来源，在集成块、接插件、印制板等元件均选用国内、国外知名企业产品，实行供应商定点制度，并每半年进行一次资格确认。
2）根据ISO9001体系制订实施生产管理制度，专业化生产检测设备保证了产品的优良品质。质检环节贯穿整个生产过程，在外协外购、装配工艺、生产管理、调试与老化、包装入库、运输存储等环节均有严格的管理。显示屏在生产基地制造并经72小时老化。
3）在生产环节影响产品质量的最主要因素是生产工艺。国内外很多同种产品设计一样，但生产出来的产品质量有天壤之别，其中最主要的原因就是生产工艺问题，因此公司在工艺上借鉴了国外先进的工艺并进行了发展、改进，从而保证了产品的质量。
公司制订有完善的品质管理文件，包括：《IQC来料检验规范》、《IPQC制程检验规范》、《QA成品检验规范》、《供应商评估标准》、《不合格纠正与预防措施管理》……
第三篇：LED灯具光学参数检测技术
分享：深圳洪润照明股份有限公司
LED灯具光学参数检测技术
LED光源与传统光源在物理尺寸及光通量、光谱、光强的空间分布等方面均存在很大差异，LED检测不能照搬传统光源的检测标准及方法。
【LED灯具光学参数的检测】
1、发光强度检测
光强即光的强度，是指在某一特定角度内所放射光的量。因LED的光线较集中，在近距离情况下不适用平方反比定律，CIE127标准规定对光强的测量提出了测量条件A(远场条件)、测量条件B(近场条件)两种测量平均法向光强的条件，2种条件的探测器面积均为1cm2。通常情况下，使用标准条件B测量发光强度。
2、光通量和光效检测
光通量是光源所发出的光量之总和，即发光量。检测方法主要包括以下2种：
(1)积分法。在积分球内依次点燃标准灯和被测灯，记录它们在光电转换器的读数分别为Es和ED。标准灯光通量为已知Φs，则被测灯的光通量ΦD＝ED×Φs/Es。积分法利用“点光源”原理，操作简单，但受标准灯与被测灯的色温偏差影响，测量误差较大。
(2)分光法。通过光谱能量P(λ)分布计算得出光通量。使用单色仪，在积分球内对标准灯的380nm～780nm光谱进行测量，然后在同条件下对被测灯的光谱进行测量，对比计算出被测灯的光通量。
光效为光源发出的光通量与其所消耗功率之比，通常采用恒流方式测量LED的光效。
3、光谱特性检测
LED的光谱特性检测包括光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数等内容。
光谱功率分布表示光源的光是许多不同波长的色辐射组成的，各个波长的辐射功率大小也不同，这种不同随波长顺序排列就称为光源的光谱功率分布。利用光谱光度计(单色仪)和标准灯对光源进行比对测量获得。
色坐标是以数字方式在坐标图上表示光源的发光颜色的量。表示颜色的坐标图有多种坐标系，通常采用X、Y坐标系。
色温是表示人眼看到的光源色表(外观颜色表现)的量。光源发射的光与某一温度下绝对黑体发射的光颜色相同时，该温度即为色温。在照明领域，色温是描述光源光学特性的一个重要参数。色温的相关理论源于黑体辐射，可通过光源的色坐标从包含有黑体轨迹的色坐标中获得。
显色指数表明光源发射的光对被照物颜色正确反映的量，通常用一般显色指数Ra表示，Ra是光源对8个色样显色指数的算术平均值。显色指数是光源质量的重要参量，它决定着光源的应用范围，提高白光LED的显色指数是LED研发的重要任务之一。
4、光强分布测试
光强随空间角度(方向)而变的关系称假光强分布，由此种分布连成的封闭曲线称为光强分布曲线。由于测点较多，且每点都经数据处理，通常采用自动的分布光度计进行测量。
5、温度效应对LED光学特性的影响
温度会影响LED的光学特性。大量的实验可以说明，温度影响LED发射光谱及色坐标。
6、表面亮度测量
光源在某方向的亮度为光源在该方向单位投影面积上的发光强度，一般使用表面亮度计、瞄准式亮度计测量表面亮度，有瞄准光路及测量光路2个部分。
【LED灯具其他性能参数的测量】
1、LED灯具电参数的测量
电学参数主要包括正向、反向电压和反向电流，关系到LED灯具能否正常工作，是判定LED灯具基本性能优劣的依据之一。LED灯具的电性参数测量有2种：即电流一定的情况下，测试电压参数；电压一定的情况下，测试电流参数。具体方法如下：
(1)正向电压。给待检测的LED灯施加正向电流，其两端会产生电压降。调节电流值确定的电源，记录直流电压表上的相关读数，即为LED灯具的正向电压。根据相关常识，LED正向导通时，电阻较小，使用电流表外接法比较精确。
(2)反向电流。给被检测的LED灯具施加反向电压，调节稳压电源，电流表的读数就是被测LED灯具的反向电流。与测量正向电压同理，因为LED反向导通时电阻较大，采用电流表内接法。
2、LED灯具热学特性测试
LED的热学特性，对LED的的光学特性、电学特性有重要影响。热阻和结温，是LED2大主要热学特性。热阻是指PN结到壳体表面之间的热阻，即沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比，结温是指LED的PN结的温度。
测量LED结温与热阻的方法一般有：红外微象仪法、光谱法、电学参数法、光热阻扫描法等。采用红外测温显微镜或微型热偶测得LED芯片表面温度作为LED的结温，精确度不够。
目前普遍采用的电参数法是利用LEDPN结的正向压降与PN结温度成线性关系的特性，通过测量不同温度下正向压降差得到LED的结温。
分享：深圳洪润照明股份有限公司
第四篇：最新LED 封装 胶水 特性介绍和反应机理
LED封装胶水特性介绍和反应机理
封装胶种类：
1、环氧树脂 Epoxy Resin
2、硅胶 Silicone
3、胶饼 Molding Compound
4、硅树脂 Hybrid
根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：
1、缩水甘油醚类环氧树脂
2、缩水甘油酯类环氧树脂
3、缩水甘油胺类环氧树脂
4、线型脂肪族类环氧树脂
5、脂环族类环氧树脂
环氧树脂特性介绍：
A 胶：
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，一般为bisphenol A type环氧树脂（DGEBA）
B 胶：
常见的为酸酐类有机化合物，如：MHHPA
EPOXY:
Ether Bond 为Epoxy 封装树脂中较弱之键，易导致黄变光衰，A 剂比例偏高导致Ether Bond 偏多，易黄化。Silicon 树脂则以Si-O 键取代之。
LED对环氧树脂之要求：
1、高信赖性（LIFE）
2、高透光性。
3、低粘度，易脱泡。
4、硬化反应热小。
5、低热膨胀系数、低应力。
6、对热的安定性高。
7、低吸湿性。
8、对金属、玻璃、陶瓷、塑胶等材质接着性优良。
9、耐机械之冲击性。
10、低弹性率（一般）。
一、因硬化不良而引起胶裂
现象：胶体中有裂化发生。
原因：硬化速度过快，或者烘烤度温度不均，导致胶体本身或其与金属材料间蓄积过大之内应力。
处理方法：
1、测定Tg 是否有硬化不良之现象。
2、确认烤箱内部之实际温度。
3、确认烤箱内部之温度是否均匀。
4、降低初烤温度，延长初烤时间。
二、因搅拌不良而引起异常发生
现象：同一支架上之胶体有部分着色现象或所测得之Tg,胶化时间有差异。
原因：搅拌时，未将搅拌容器之壁面及底部死角部分均匀搅拌。
处理方法：
1、再次搅拌。
2、升高A胶预热温度，藉以降低混合粘度。
三、真空脱泡气泡残留
现象：真空脱泡时，气泡持续产生。
原因：
1、树脂及硬化剂预热过高，导致抽泡过程中硬化剂持续挥发。
2、增粘后进入注型物中之气泡难以脱泡。
处理方法：
1、降低树脂预热温度至50~80℃，抽泡维持 50 ℃.2、硬化剂不预热。
四、着色剂之异常发生
现象：使用同一批或同一罐之色剂后，颜色产生色差且胶体中有点状之胶裂现象。
原因：
1、着色剂中有结晶状发生。
2、浓度不均，结晶沉降导致。
处理方法：
依供应商之建议，不同颜色给予不同前处理温度且均匀搅拌。
五、硬化剂吸湿所产生之异常发生
现象：
1、有浮游或沉降之不溶解物。
2、不透明成乳白色。
原因：
1、因硬化剂水解后成白色结晶。
2、使用后长期放置。
3、瓶盖未锁紧。
处理方法：
1、使用前确认有无水解现象。
2、防湿措施。
具体反应过程：
（1）B胶没有吸湿时正常胶体反应之过程：
（2）B胶硬化剂吸湿水解过程：
（3）吸湿后的B胶硬化剂与A胶反应。反应性能差，降低材料力学，光学特性：
六、在长烤硬化时有变色（着色）现象
现象：短烤离模后，长烤硬化时有变色（着色）现象。
原因：
1、烤箱内温度分布不均。
2、烤箱内硬化物放置过于集中，除胶体产生之反应热外，热对流不均亦可能造成。
处理方法：
确认烤箱内硬化物分布位置及数量，烤箱热回圈效果。
七、初烤后，离模品质不良
现象：不易离模。
原因：
1、模条品质。
2、初烤硬化不完全，硬化速率过快（初烤温度过高）。
3、离模机偏移。
处理方法：
1、确认硬化温度及查询胶化时间。
2、确认离模机保持垂直离模。
现象：离模后，胶体表面雾化。
原因：
1、离模剂量使用过多。
2、模条使用次数过多。
3、喷离模剂前，模条温度过低。
处理方法：
1、调整离模剂使用量。
2、注意模条使用次数。
八、硬化剂变色
现象：硬化剂变黄褐色。
原因：
1、经热氧化所致。
2、经UV-VIS.光线，氧化所致。
3、硬化剂长期放置或放置于高温之所。
处理方法：
1、硬化剂不可预热。
2、保持阴暗处存放。
九、扩散剂之固化凝结
现象：无流动性，成固形状。
原因：因添加无机物后，树脂成固体状（特别是冬天）。
处理方法：加热融化。
十、支架爬胶
现象：支架爬胶或是过锡炉时不能着锡。
原因：支架表面凹凸不平产生毛细现象，或内含脱模剂。
处理方法：
1、确认支架品质。
2、使用VOC含量低之胶水或稀释剂。
3、使用外喷型之胶水。
十一、初烤后支架上有气泡
现象：硬化物中之支架周围有气泡连续地发生。
原因：支架保存于环境湿度较高之场所，操作环境湿度较高。
处理方法：注意操作环境湿度。
LED用环氧树脂封装胶水特性分析
WL-800A/B-19环氧树脂
发光二极管（LED）专用封装材料
一、LED用WL-800A/B-19环氧树脂，主剂WL-800A/B-19,固化剂WL-800B-19和光扩散剂DF-090三部份组成，其主要成份为电子级、低粘度环氧树脂和助剂、酸无水物、高扩散性填料，本树脂专用于高透光性LED封装，最大特点是水透性佳，另外，其500小时高温不变色性能，是WL-800A/B-19的另一明显特色。本树脂在常温时混合物粘度低，可使用期长，中温、高温固化速度快，固化物的机械强度，电气性能，耐湿性佳、收缩率小，特别适合高透光性LED封装的自动灌注线。外观及特性：
主剂WL-800A-19 固化剂WL-800B-19 颜 色 透明淡紫色液体 无色透明液体 粘 度25℃ 7000~9000CPS 200~250cps 密 度g/cm3 1.038±0.005 1.026±0.005 保存期限 6个月 3个月
二、混合比例： 100∶100（重量比）
三、混合物粘度： 25℃ 650~900cps
四、凝胶时间： 130℃×6~8分钟
五、可使用时间： 25℃~30℃×4小时
六、固化条件： 初期固化130℃~135℃×35~45分钟 后期固化130℃×8小时或140℃×5小时
七、固化后特性：
体积电阻25℃ Ohm-cm 6.4×1015 表面电阻25℃ Ohm 2.8×1015 耐 电 压25℃ KV/mm 25 硬 度 SHORE D 87 吸 水 率100℃ %1小时 0.2 玻璃转移温度 ℃ 136 线膨胀系数 cm/cm/℃ 6.0×10-5
八、WL-800A/B-19对扩散剂 及色膏建议用量： PC-002 2~5% PC-003 2~6% 重量比 PC-004 2~4% 扩散剂 2~5%
九、建议操作流程：
1、A剂在60~70℃烘箱预热1小时以上（随季节变化而变化）；
2、A剂与B剂按重量比1∶1混合搅拌3~5分钟；
3、A、B混合液60℃预热10分钟；
4、A、B混合液脱泡15分钟（如果有条件的话，保持温度在50~55℃）；
5、硬化条件：（依产品的规格确定硬化条件，下列硬化条件仅供参考）Φ3初烤130℃~135℃ × 1小时；后烤130℃~135℃×6~ 8小时 Φ5初烤125℃~130℃ × 1小时；后烤130℃~135℃×6~ 8小时 Φ8初烤105℃~115℃ × 1小时；后烤130℃~135℃×6~ 8小时 Φ10初烤105℃~110℃ × 1小时；后烤130℃~135℃×6~ 8小时
十、使用说明：
主剂WL-800A-19和固化剂WL-800B-19经混合即慢慢起反应，使粘度逐渐变高，因此请务必在可使用时间内使用完，以免因粘度过高而无法使用。灌模后请即进入烘烤，以免表面吸潮引起慢干及发脆。
硬化条件按产品的规格来定，规格越小，烘烤温度越高，规格越大，烘烤温度会相对的偏低。
主剂WL-800A-19可加热降低粘度以利混合后脱泡，但温度过高时将缩短可使用时间（最佳预热温度60℃）。本产品使用于无色LED性能最佳，用于添加红色、绿色着色剂的LED性能较佳，用于添加黄色着色剂的LED性能一般。敬请客户在用于添加着色剂的LED时，先试做确认。
着色剂长期放置时会有沉淀析出现象，因此使用前请先在90℃~100℃预热30~50分钟并搅拌均匀后才使用。红色较易溶解，约在80℃加热即可。
黄色和绿色较难溶解，请在110~120加热至完全透明，以免在配胶时再度析出造成色泽不均匀现象。
固化剂WL-800B-19系酸酐类，会吸收空气中的水分形成羧酸类沉淀物，因此使用完毕，请立即盖紧，以免变质无法使用。
第五篇：光电二极管特性参数的测量及原理应用(精)
工作总结实验报告 / / 光电池/光敏电阻/光电二极管特性参数的测量 指 导 人：朱小姐 实验类型：工作检验及年终总结 实验地点：搏盛科技光电子半导体实验室 实验目的：销售技能的考察，产品及相关知识的了解情况，年终总结 实验日期：2011 年 12 月 26 日 姓 名：陈帅 职位：销售工程师 手机号：159******** Email: chenshuaisz1688@163.com 概述 光电效应是指入射光子与探测器材料中的束缚电子发生相互作用，使束缚电子变成为自由 电子的效应。光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。入射光子引起探测器材料表面发射 电子的效应称为外光电效应。入射光子激发的载流子（电子或空穴）仍保留在材料内部的效应 称为内光电效应。内光电效应器件有光电导探测器（例如光敏电阻）、光生伏特器件（光电池、光电二极管、光电三极管）。实验内容 测量三种内光电效应器件（光敏电阻、光电池、光电二极管）的特性参数。注意事项 a 做实验请关灯，以达到良好的测量效果。b 拆卸数据线时不要用力硬拽，拆不下来请转个角度拆。c 请在自己的实验桌上做实验，不要到别的实验桌旁干扰同事做实验，更不要动他人的 仪器。d 请勿触摸光学镜片的表面。e 测量时不要碰导线，否则数据不稳定。更不能用力拉扯导线，导致接头脱落。f 实验完毕关闭所有电源开关。实验报告 报告开头请填入姓名、职位、手机号、实验日期。实验完成后，请将报告打印出来，在有实验数据、图表的页脚签名，然后交到朱 小姐办公 桌上。Word 文件请以“实验报告+姓名”命名，发到朱小姐邮箱。请在元旦节前完成。签名: 第 1页
光敏电阻的特性曲线测量 一.目的要求 测量 CdS（硫化镉）光敏电阻的伏安特性和光照特性。实验要求达到：
1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线
2、绘制出光照特性曲线
3、理解光敏电阻的光电特性 二.实验原理 某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为 物质的光电导效应。光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。光敏电阻 是基于光电导效应工作的元件。光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽 等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。由于光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，只要把它当作电阻值随光照度而变化的可变电阻器对待即可，使用时既可加直流电压，也可以 加交流电压。因此光敏电阻在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导、激光 外差
探测等领域中获得了十分广泛的应用。如图，光功率为 P 的光照射到光敏电，则光敏层单位时间所吸收： 阻上，假设光全部 被吸收 的光量子数密度 N 应为 N = P hνbdl（1）光敏层每秒产生的电子数密度 Ge 为： G e = ηN（2）η为有效量子效率，表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为： η = 单位时间内光电转换产生的有效电子空穴对数 单位时间内入射光量子数（3）理想情况下，入射一个光量子产生一对电子空穴，η=1。实际上，η <1。光敏层内电子总产生率应为热电子产生率 Gt 与光电子产生率 Ge 之和： G e + Gt = ηN + rt（4）在热平衡状态下，半导体的热电子产生率 Gt 与热电子复合率 rt 相平衡。导带中的电子与 价带中的空穴的总复合率 R 应为： R = K f(∆n + ni(∆p + p i（5）式中，Kf 为载流子的复合几率，Δn 为导带中的光生电子浓度，Δp 为导带中的光生空穴 浓度，ni 与 pi 分别为热激发电子与空穴的浓度。同样，热电子复合率与导带内热电子浓度 ni 及价带内空穴浓度 pi 的乘积成正比。即 签名: 第 2页
rt = K f ni p i（6）在热平衡状态载流子的产生率应与复合率相等。即 ηN + K f ni pi = K f(∆n + ni(∆p + pi（7）在非平衡状态下，载流子的时间变化率应等于载流子的总产生率与总复合率的差： d∆n = ηN + K f ni pi − K f(∆n + ni(∆p + pi = ηN − K f(∆n∆p + ∆pni + ∆npi（8）dt 下面分为弱光与强光照射两种情况讨论式（8）： ①在弱光照射下 光生载流子浓度Δn 远小于热激发电子浓度 ni，光生空穴浓度Δp 远小于热激发空穴的浓 度 pi，并考虑到本征吸收的特点，Δn=Δp，式（8）可简化为 d∆n = ηN − K f ∆n(ni + pi dt（9）−t 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得： ∆n = ητN(1 − e 式中τ=1/Kf(ni+pi，称为载流子的平均寿命。τ（10）由式（10）可见，光激发载流子浓度随时间按指数规律上升，当 t >>τ时，载流子浓度Δ n 达到稳态值Δn0，即达到动态平衡状态： ∆n 0 = ητN（11）（12）光激发载流子引起半导体电导率的变化为： ∆σ = ∆n0qµ = ητqµN 式中，μ为电子迁移率μn 与空穴迁移率μp 之和。光敏电阻受光照后阻值会变小也可以这么定性理解：当内光电效应发生时，固体材料吸收 的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。这样材料中的载流子数目增加，材料的电导率也就增加。当光敏电阻两端加上电压 U 后，光电流为： I ph = A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。A ∆σ U d（13）由式（12）与式（13）可知：在一定
照度下，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，伏安特性曲线符合欧姆定律。光敏电阻具有与普通电阻相似的伏安特性，但它的电阻值是随入 射光照度变化的。可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过它的电流的关系曲 签名: 第 3页
线，即光敏电阻的伏安特性曲线，伏安特性曲线过零点，其斜率为某光照度下的电阻值。图 1 不同光照下光敏电阻的伏安特性曲线 弱光照射下半导体材料的光电导 g 为： g = ∆σ bd ητqµbd ητqµ = N = P l l hνl 2（14）可以看出，弱光照下的半导体材料的电导与光功率 P 成线性关系。光照度越大，电导越大，电阻的阻值越小。将式（14）两边微分得： dg = ηqτµ dP hνl 2（15）由此可得半导体材料在弱光照射下的光电导灵敏度： S g = d g ηqτµλ = dP hcl 2（16）可见，在弱光照射下的半导体材料的光电导灵敏度与光电导材料两电极间的长度 l 的平方 成反比，为与材料性质有关的常数。电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流与光通量之间的关系称为光照特性。光敏电阻阻值 随光照的增加而减小。当照度很低时，光敏电阻的光照特性近似为线性关系，斜率大致相同。随光照度的增高，光照特性从线性渐变到非线性。当照度变得很高时，曲线近似为抛物线性。图 2 光敏电阻的光照特性曲线 签名: 第 4页
②在强光照射下 Δn>>ni，Δp>>pi，式（8）可以简化为： d∆n = ηN e,λ − K f ∆n 2 dt ⎞ 2 t ⎟ tanh ⎟ τ ⎠ 1（17）⎛ ηN 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得： ∆n = ⎜ e,λ ⎜ K ⎝ f 白色 LED 光源 准直透镜 起偏器P1（18）式中 τ = 1 起偏器P2 聚焦透镜 光敏元件转盘 ηK f N e,λ 为强光照作用下载流子的平均寿命。在强光照情况下，半导体材料的光电导与光功率为抛物线关系： ⎛ ηbd ⎞ ⎟ g = qµ ⎜ ⎜ hνK l 3 ⎟ P f ⎝ ⎠ 两边微分得： dg = 1 2 1 2 数字检流计（19）1 ⎛ ηbd ⎞ ⎟ P dP qµ ⎜ 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟ ⎝ ⎠ 1 2 LM07电器箱 1 − 2（20）1 2 半导体材料在强光照射下的光电导灵敏： S g 1 dg 1 ⎛ ηbd ⎞ − 2 ⎟ P = = qµ ⎜ dP 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟ ⎝ ⎠（21）在强光照射下半导体材料的光电导灵敏度不仅与材料的性质有关而且与光照度有关，是非 线性的。从图 2 可以看出，光照度越高，光电导灵敏度越低。三.实验装置 仪器设备主要有：导轨、光具座、LED 光源、CdS 光敏电阻、电源箱、数字检流计、硬纸 片。光源为发光二极管，它具有效率高、体积小、耗电少、寿命长等优点，且改变电源电压可 以改变 LED 灯亮度。为了充分利用光源，在光源后放置了透镜 L1，这样点光源经透镜 L1 为出 射平行光，再经棱镜 L2 聚焦到光敏电阻上。为了减少环境光的影响，将光敏电阻置于遮光筒 内，遮光筒开有一小孔，供发光二极管的光照入。光照度的变化通过转动偏振片 P1 和 P2 的夹角达到减光效果，由马吕斯定律： I = I 0 cos 2 α（22）I0 为当两偏振片平行时的出射光强。当两偏振片之间有夹角α时，光强就按式（22）减小，也就是起到减光效果。I 为通过偏振片后的光强。签名: 第 5页
实验所用光敏电阻为最常见的CdS(硫化镉光敏电阻。它的光谱响应特性最接近人眼光谱光视效率,峰值响应波长为0.52μm,在可见光波段范围内的灵敏度最高,因此,被广泛地应用于灯光的自动控制,照相机中电子快门的自动测光等。
三种光敏电阻的光谱响应特性
四.实验步骤、测量内容
(1将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧,固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背面的开关,将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底(即光照度开到最大。将透镜L1滑动到距离发光二极管9厘米处(L1透镜的焦距,将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。
(2光路同轴等高调节:将所有的器件调到同一高度,光束穿过各器件的中心。(3在光敏电阻前立一张硬纸片。一边滑动透镜L2,一边观察纸上的光斑,使光斑聚成尽可能小的光点。如果聚光效果仍不够好,可以在滑动透镜L2的同时,稍微滑动透镜L1,以达到良好的聚光效果。
(4撤掉硬纸片,将光敏电阻的黑色扇形挡板转开,露出光敏电阻黄色转盘上的小孔,观察光是否照进小孔。将导线的一端插入转盘上“光敏电阻”背面的插口。背面有三个插口,要插入到“光敏电阻”正背后的那个插口。插入即可,不必旋转。导线另一端连接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电阻”接口,将“MT数字检流计”电控箱背面的导线接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电流”接口,将电控箱上面板上的光电阻开关拨到“开”的位置。
(5打开“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”的电源开关。面板右上角的“电压调节”旋钮可调节“供给电压”(对光敏电阻施加的外部电压。
(6将两只偏振片P1、P2转盘上的0°刻度线与标线对齐。打开“MT数字检流计”的电源开关。面板上显示的是光电流数值。如果光电流显示为1,表示数值溢出了,请将增益旋钮逆时针旋到最小。将“供给电压”从10V→8V→6V→4V→2V→0V依次递减,把相应的光电流数值填入表1中。
(7旋转两偏振片中的一只,每次转15°,直到两偏振片的光轴夹角为90°。每次转角度后,将“供给电压”从10V→8V→6V→4V→2V→0V依次递减,把相应的光电流数值填入表1中。注意:由于经常旋转偏振器的转盘,螺丝可能脱扣。即使两只转盘上 的0°刻度线与标线对齐,并不代表真实情况是这样。可以转动其中一只偏振器的刻度盘,当光电流最大时,视作两偏振片的光轴夹角为0°,然后再依次转15°。
五.数据记录与绘图
表1不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过它的电流的关系αcos2αI(μA U=0V U=2V U=4V U=6V U=8V U=10V 90°0 75°0.07 60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.93 0°1 根据表1中的数据,使用Excel或绘图软件Origin绘制出如图1所示的光敏电阻伏安特性曲线。1μA=1×10-6A 对表1中的数据进行线性拟合,电脑算出直线的斜率,将斜率填入表2中。斜率的倒数即光敏电阻在不同光照度下的电阻值,将计算出的电阻值也填入表2中。1KΩ=1×103Ω
表2光敏电阻阻值与光照度的关系
αcos2α伏安特性曲线的斜率k电阻R=1/k(KΩ 90°0 75°0.07
60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.9 0°1 根据表2的数据,使用Excel或绘图软件Origin绘制出光敏电阻的光照特性曲线: 五.观察与思考
1、随着温度的升高,光敏电阻的暗电阻和灵敏度会怎样?
2、光敏电阻效应有什么可能的应用? 光电池的特性曲线测量 目的要求
测量光电池的光照特性和伏安特性。实验要求达到:
1、测量光电池在光照状态下的短路电流I sc、开路电压U oc、最大输出功率P max、填充因子
FF
2、了解光电池的光伏特性和黑暗状态下的伏安特性(二极管特性 实验原理
1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。具有光生伏特效应的半导体材料有很多,例如硅(Si、锗(Ge、硒(Se、砷化镓(GaAs等半导
体材料。利用这些材料能够制造出具有各种特点的光生伏特器件,其中硅光生伏特器件具有制造工艺简单、成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特器件。常见的光生伏特器件有光电池、光电二极管、光电三极管、CCD等。
光生伏特器件工作基于PN结的光伏效应。PN结的基本特征是它的电学不对称性。在结区有一个从N侧指向P侧的内建电场存在。
热平衡下,多数载流子(N侧的电子和P侧的空穴的扩散作用与少数载流子(N侧的空穴和P侧的电子由于内电场的漂移作用相抵消,没有净电流通过PN结。此时,用电压表量不出PN结两端有电压,称为零偏状态。当照射光激发出电子一空穴对时,电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开,从而在势垒两侧形成电荷堆积,形成光生伏特效应。如果说光导现象是半导体材料的体效应,那么光伏现象则是半导体材料的“结”效应。也就是说,实现光伏效应需要有内部电势垒,当照射光激发出电子一空穴对时,电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开,从而在势垒两侧形成电荷堆积,形成光生伏特效应。这个内部电势垒可以是PN结、PIN结、肖特基势垒结以及异质结等。这里我们主要讨论PN结的光伏效应,它不仅最简单,而且是基础。
如果PN结正向电压偏置(P区接正,N区接负,则有较大正向电流流过PN结。如果把PN结反向电压偏置(P区接负,N区接正,则有一很小的反向电流通过PN结,这个电流在反向击穿前几乎不变,称为反向饱和电流。
PN 结的伏安特性为:(10−=T k eu s d B e I I 式中I d 是暗(指无光照电流,I so 是反向饱和电流,U 是偏置电压(正向偏置为正,反向偏置为负,e 是电子电荷量,k B 是波尔兹曼常数, T 是绝对温度。
PN 结光伏探测器的典型结构及作用原理如图所示:
(a光伏探测器的典型结构(b工作原理
假定光生电子一空穴对在PN 结的结区,即耗尽区内产生。由一内电场的作用,电子向N 区、空穴向P 区漂移运动,被内电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流。为了说明光功率转换成光电流的关系,我们设想光伏探测器两端被短路,并用一理想电流表记录光照下流过回路的电流,这个电流常常称为短路光电流。
和光电导探测器不同,光伏探测器的工作特性要复杂一些,通常有光电池和光电二极管之分。也就是说,光伏探测器有着不同的工作模式。光电池又叫光伏电池,它可以把外界的光转为电信号或电能。实际上这种光电池是由大面积的PN 结形成的,即在N 型硅片上扩散硼形成P 型层,并用电极引线把P 型和N 型层引出,形成正负电极。为防止表面反射光,提高转换效率,通常在器件受光面上进行氧化,形成二氧化硅保护膜。
在光照状态下,一个PN 结光伏探测器可等效为一个理想恒流源(光电流源、理想二极管、并联电阻R sh、电阻R S 所组成,那么光电池的工作如图: IPh 为光电池在光照时该等效电源输出电流。Id 为光照时，通过光电池内部二极管的电流。I 为光电池的输出电流，U 为输出电压。由基尔霍夫定律： IRS + U −(I ph − I d − I Rsh = 0 可得： I(1 + Rs U = I ph − − Id Rsh Rsh ⎛ keuT ⎞ − I SO ⎜e B − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 假设 Rsh = ∞ 和 Rs = 0，可简化为： I = I ph − Id = I ph 短路时： U = 0，I ph = I SC 而开路时： I = 0，I SC ⎛ eu ∞ ⎞ k T − I SO ⎜e B − 1⎟ = 0 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠（1）可以得到： U OC = 1 I In(SC + 1 β I SO 式（1）即为在 Rsh = ∞ 和 Rs = 0 的情况下，光电池的开路电压 UOC 和短路电流 ISC 的关系式。其中 UOC 为开路电压，ISC 为短路电流。短路电流和开路电压是光电池的两个非常重要的工作 状态，它们分别对应于 RL = 0 和 RL = ∞ 的情况。当光电池外接负载电阻 R L 时，负载所获得的功率为：PL=IL2RL 负载电阻 RL 所获得的功率 PL 与负载电阻的阻值有关。让我们来看以下三种情况：（1）当 RL=0（电路为短路）时，U=0，输出功率 PL=0；（2）当∞＜RL＜0 时，输出功率 PL＞0。（3）当 RL=∞（电路为开路）时，IL=0，输出功率 PL=0； 显然，存在着最佳匹配负载电阻 RL=Ropt。在最佳负载电阻情况下，负载可以获得最大的 输出功率 Pmax。Ropt 取决于光电池的内阻。签名: 第 11页
由于 UOC 和 ISC 均随光照度的增强而增大，所不同的是 UOC 与光照度的对数成正比，ISC 与光 照度成正比(在弱光下，所以 Ropt 亦随光照度变化而变化。UOC、ISC 和 Ropt 都是光电池的重要参 白色 LED光源 数。填充因子 FF 是表征光电池性能优劣的指标，可用下式表示： 光敏元件转盘 准直透镜 起偏器P1 起偏器P2 聚焦透镜 FF = Pmax U OC I SC 电 压 调 节 电 阻 调 节 填充因子一般在 0.5~0.8 之间 数字检流计 实验装置 明 光 电 池 开 开 光 开 仪器设备主要有：导轨、光具座、LED 光源、光电池、电源箱、数字检流计、硬纸片。电 关 关 LM07电器箱 关 阻 光电流 南京浪博科教仪器研究所 光电池接口 ：光电池黑暗状态下的电压 数字检流计接口 光电阻接口 ：光电池光照状态下的电压 光源为发光二极管，它具有效率高、体积小、耗电少、寿命长等优点，且改变电源电压可 以改变 LED 灯亮度。为了充分利用光源，在光源后放置了透镜 L1，这样点光源经透镜 L1 为出 射平行光，再经棱镜 L2 聚焦到光敏电阻上。为了减少环境光的影响，将光敏电阻置于遮光筒 内，遮光筒开有一小孔，供发光二极管的光照入。实验步骤：（1）将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧，固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背 面的开关，将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底（即光照度开到最大）。将透镜 L1 滑动到距离 发光二极管 9 厘米处（L1 透镜的焦距），将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。（2）光路同轴等高调节：将所有的器件调到同一高度，光束穿过各器件的中心。（3）在光电池前立一张硬纸片。一边滑动透镜 L2，一边观察纸上的光斑，使光斑聚成尽可能 小的光点。如果聚光效果仍不够好，可以在滑动透镜 L2 的同时，稍微滑动透镜 L1，以达到良 好的聚光效果。（4）撤掉硬纸片，将光电池的黑色扇形挡板转开，露出光电池的小孔，观察光是否照进小孔。签名: 第 12页
将导线的一端插入转盘背面的插口。背面有三个插口，要插入到 “光电池” 正背后的那个插口。插入即可，不必旋转。导线另一端连接到“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上 的“光电池”接口。（5）将“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”面板右上角的“电压调节”旋钮逆时针旋到最 小。在做光电池光照特性实验时，不要调节“供给电压”的旋钮，否则稳压电源将给光电池供 电，而不是光电池本身放电。（6）打开“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”的电源开关。将电控
箱面板上的光电阻开关 拨到“关”的位置。将光电池的明开关拨到“开”位置，暗开关拨到“关”位置，将面板上“电 阻调节”旋钮逆时针旋到底（阻值最小）。将 U1/U2 开关拨到“U1”，此时“电压测量”显示的 读数为 0，表明此时流经光电池的电流为短路电流。如果光电流显示为 1，表示数值溢出了，逆时针旋下光电检流计的钮旋，但不要旋到底。（7）顺时针旋转“电阻调节”旋钮，将电阻由最小逐步调到最大。每调一次电阻值，记录下 光电流和输出电压 U1，把数据填入下表中。如果光电流显示为 0，请顺时针旋光电检流计的钮 旋。注意：明状态时，光电检流计所测电流为负，这与由检流计的方向有关，只用记录绝对值，不必记录正负号。由于经常旋转偏振器的转盘，螺丝可能脱扣。即使两只转盘上的 0°刻度线 与标线对齐，并不代表真实情况是这样。表1 输出电压 U1(V 不同负载下，光电池的光电流、输出电压、输出功率的变化情况 光电流 I(μA 负载电阻=U1/I（K Ω）输出功率 P=U1I（μW）光电池的输出电压与光电流的关系 签名: 第 13页
光电池的输出功率和负载电阻的关系 找出上图中的功率最大值，利用公式 FF = Pmax 计算出光电池的填充因子。式中的短路 I scU oc 电流 Isc 为表 1 中的最大电流，开路电压 Uoc 为表 1 中的最大电压。（8）旋转两偏振片中的一只，每次转 15°之后：逆时针旋“电阻调节”的旋钮到底（电阻接近零）记下此时的短路光电流 Isc；，再顺时针旋 “电阻调节” 的旋钮到底（电阻达到最大值 33kΩ），记下此时的开路电压 UOC 表2 开路电压 UOC、短路光电流 Isc 与光照度的关系 α cos2α Isc(μA U(V OC 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 线性关系。1 0.93 0.75 0.5 0.25 0.07 0 理论上，光电流与光照度之间有线性关系： dJ / J = 6.26di / i 请用你的实验数据作图看是否为 签名: 第 14页
光电池 光照度与短路光电流的关系 UOC 与光照度 J/J0 的关系是近似函数 U OC = β ln(电池的输出电流与开路电压都在减小。J +C J0 可以看出，当光照度减弱时，光 光照度与开路电压的关系（9）关掉 LED 光源。将光电池的明开关拨到“关”位置，将暗开关拨到“开”位置。旋转黑 色扇形挡板遮住光电池的入射孔，使光电池处于黑暗状态。黑暗状态下的光电池工作如图 2。黑暗状态下的光电池等效
电路 在黑暗状态下光电池在电路中就如同二极管。此时加在光电池两端的正向偏压 U 与通过 它的电流 I 之间的关系式为： I d = I s 0 eeU / k BT − 1 签名:(第 15页
式中I d 是暗(指无光 照电流,I so 是反向饱和电流,U是偏置电压(正向偏置为 正,反向偏置为负,e是电子电荷量,k B 是波尔兹曼常数, T是绝对温度。
(10把“电阻调节”的旋钮顺时针旋转到最大(阻值33kΩ。将U1/U2开关拨到“U2”,此时测量负载电阻两端的电压U2,电流I=U2/33kΩ。此时光电池如同二极管在工作。顺时针旋转“电压调节”旋钮,“供给电压”将显示出对光电池施加的正向偏压U的大小,计算出通过它的电流,填入表中。
表3 U U2I=U2/33kΩ(μA
根据数据使用Excel或绘图软件Origin绘制出光电池电流与正向偏压U的曲线。由图可看出,黑暗状态下光电池的工作状态与二极管加正向偏压下类似。
观察与思考
1、光伏器件与光电导探测器件有何不同?
2、最佳匹配负载电阻随光照度的增大如何变化? 光电二极管特性曲线的测量
目的要求
测量光电二极管在不同光照度下的特性曲线。实验原理
光电二极管又称光敏二极管。制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。由于硅器件较锗器件暗电流、温度系数都小得多,加之制作硅器件采用的平面工艺使其管芯结构很容易精确控制,因此,硅光电二极管得到了广泛应用。
硅光电二极管的封装有多种形式。常见的是金属外壳加入射窗口封装。入射光通过窗口玻璃照射在管芯上。窗口玻璃又有凸透镜和平面之分。凸透镜有聚光作用,有利于提高灵敏度。而且由于聚焦位置与入射光方向有关,因此还能减小杂散背景光的干扰。缺点是灵敏度随方向而变,因此给对准和可靠性带来问题。采用平面玻璃窗口的硅光电二极管虽然没有尖锐的对准问题,但易受杂散光干扰的影响。硅光电二极管的外型及灵敏度的方向性如图所示。
(a硅光电二极管的外形;(b灵敏度随角度的变化
发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN 结,它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光
敏面是通过扩散工艺在N 型单晶硅上形成的一层薄膜,称为p +n 结构。光敏二极管的管芯以及
管芯上的PN 结面积做得较大,而管芯上的电极面积做得较小,PN 结的结深比普通半导体二极管做得浅,这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外,与普通半导体二极管一样,在硅片上生长了一层SiO 2保护层,它把PN 结的边缘保护起来,从而提高了管子的稳定性,减少了暗电流。
硅电二极管的典型结构
在无辐射(暗室中的情况下,PN 结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN 结二极管的特性一样,其电流方程为:([] 1exp −=kT qU I I d
I d 为U 为负值(反向偏置时且|U|>>kT/q 时(室温下kT/q ≈0.26mV ,很容易满足这个条件的电流,称为反向电流或暗电流。无光照时,电路中也有很小的反向饱和漏电流,一般为1×10-8~1×10-9A(称为暗电流,此时相当于光敏二极管截止。
硅光电二极管的伏安特性曲线当光辐射作用到光电二极管上时,光电二极管的全电流方程为:[]/exp(1(exp(1,e kT qU I d hc
Φq I d −+−−−=αληλ式中η为光电材料的光电转换效率,α为材料对光的吸收系数。
光电二极管为基本的光生伏特器件之一。下图为光伏探测器在不同偏置电压下的输出特性曲线。在第一象限里,是正偏压状态,本来暗(指无光照电流i D 就很大,所以光电流不起重要作用。作为光电探测器,工作在这一区域没有意义。
光伏探测器在不同偏置电压下的输出特性曲线
在第三象限里,光伏探测器是反偏压状态。这时,I d =I so(二极管的反向饱和电流,称为暗电流(对应于光功率P=0,数值很小。此时的光电流是流过探测器的主要电流,对应于光导工作模式。通常把光导工作模式的光伏探测器称为光电二极管,它的外回路特性与光电导探测器十分相似。
在第四象限中,光伏探测器的外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流,随着光功率的不同,出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻R L 上的电压或流过R L 上的电流来体现。因此,把这种工作模式称为光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探测器称为光电池。
光敏二极管与普通二极管一样,它的PN 结具有单向导电性,因此,光敏二极管工作时应加上反向电压。当有光照射时,PN 结附近受光子的轰击,半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对。这些载流子的数目,对于多数载流子影响不大,但对P 区和N 区的少数载流子来说,则会使少数载流子的浓度大大提高,在反向电压(P 区接负,N 区接正作用下,反向饱和漏电流大大增加,形成光电流,该光电流随入射光照度的变化而相应变化。光电流通过负载R L 时,在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成光电转换的。
反向电压偏置电路
光电二极管的工作区域应在图所示的第3象限与第4象限,看着不方便。采用重新定义电流与电压正方向的方法(以PN结内建电场的方向为正向,把特性曲线翻转成如图所示。
光电二极管的输出特性曲线
Si光电二极管具有一定的光谱响应范围。常温下,Si材料的禁带宽度为1.12(eV,峰值波长约为0.9μm,长波限约为1.1μm,由于入射波长愈短,管芯表面的反射损失就愈大,从而使实际管芯吸收的能量愈少,这就产生了短波限问题。Si光电二极管的短波限约为0.4μm。
Si光电二极管的光谱响应范围 实验步骤
(1将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧,固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背面的开关,将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底(即光照度开到最大。将透镜L1滑动到距离发光二极管9厘米处(L1透镜的焦距,将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。
(2光路同轴等高调节:将所有的器件调到同一高度,光束穿过各器件的中心。(3旋转转盘,使光照进光电二极管的小孔。在光电二极管前立一张硬纸片。一边滑动透镜L2,一边观察纸上的光斑,使光斑聚成尽可能小的光点。如果聚光效果仍不够好,可以在滑动透镜L2的同时,稍微滑动透镜L1,以达到良好的聚光效果。撤掉硬纸片。
(4将导线的一端插入转盘背面的插口。背面有三个插口,要插入到“光敏电阻”正背后的
那个插口。插入即可,不必旋转。导线的另一端连接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电池”卡口。
(5将光电检流计的“增益”旋钮逆时针旋到最小。将电控箱面板上的光电阻开关拨到关的位置,将光电池的明开关拨到关位置,暗状态拨到开位置,顺时针旋“电阻调节”到底,使电阻最大。将U1/U2开关拨到“U2”。此时,光电二极管内部线路接成了反向电路。
(6逆时针旋转“电压调节”旋钮到底。将两偏振片夹角旋为0°,此时光照度最大。光电二极管受光照会产生负电压,“供给电压”将显示出这个初始负电压,请记录下数值。顺时针旋转“电压调节”旋钮,增大反向偏压,发现U2(负载电阻两端电压随之升高,到饱和值之后将保持不变。注意:因为始终有光电二极管的反向电压存在,故加载在光电二极管两端的反向偏压等于“供给电压”的显示值减去初始负电压(即加上初始负电压的绝对值。将两偏振片的夹角改为30°,重复上述步骤,记录数值。
注意:由于经常旋转偏振器的转盘,螺丝可能脱扣。即使两只转盘上的0°刻度线与标线对齐,并不代表真实情况是这样。
数据记录与绘图: 表1不同光照度下,负载电压U2与加载在光电二极管两端的反向偏压U的变化关系α=0°与α=30°时
加载的反向偏压 α=0°时的 负载电压U2 α=30°时的
负载电压U2 将上表中的数据输入到Excel或绘图软件Origin,绘制出不同光照度下,负载电压U2与加载在光电二极管两端的反向偏压U的关系:
点击咨询 