전자공학실험 : LED와 Laser Diode의 특성평가

소개

LED의 극성(순방향바이어스와 역방향바이어스)을 알아보고, LED와 LD의 특성평가를 통해 이것들이 의미하는 것을 알아 보는 실험레포트입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 주의 사항
6. 실험 결과
7. 토의 사항
8. 참고 자료
9. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
가. 전자의 여기와 재결합에 의한 발광의 원리를 이해한다.
나. 전도체와 LED, LD등의 개념과 원리를 익힌다.
다. LED의 극성(순방향바이어스와 역방향바이어스)을 알아보고, LED와 LD의 특성평가를 통해 이것들이 의미하는 것을 알아본다.

2. 실험 이론 및 원리
가. 실험 배경
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.
LED는 그림과 같이 n형 반도체와 p형 반도체를 접합해서 만든다(PN접합). 이 그림에서 공핍영역으로 표시되어있는 부분은 전자와 홀이 없는 영역이다. 왜냐하면 접합시켰을 때 p형과 n형에서 운반체들이 공핍영역 쪽으로 전하에 의해 끌려가서 재결합이 일어나게 된다. 따라서 공핍영역에는 전자나 홀이 존재하지 않게 된다.

참고자료

· LED조명공학, 강희원, 강혁식 공저, 태영문화사, p.92
· 전자기초실험, 유수복, 심상욱 공저, 태영문화사, p.7～11
· 조명공학, 김천오, 박현호 공저, 태영문화사, p.241～254
· E. Fred Schubert, Light-Emitting Diodes 2판, 홍릉과학출한사, 2011.
· 노벨상에 도전하는 알기쉬운 레이저과학, 오철한, 두양사, 2005.