Caracterizacion Electrica de LEDs

Universidad de Sonora

División de Ciencias Exactas y Naturales

Ingeniería en Tecnología Electrónica

Caracterización Eléctrica de LEDs

José Rafael Espinoza Solomon

Manuel Lucero Chávez

Alondra Lizbeth Pineda Ojeda

Melissa Tovar Pino

2016-1

Introducción a la Optoelectrónica

Dr. Alejandro García Juárez

Resumen

Se pidió que se realizara una práctica sobre la caracterización eléctrica de LEDs. Esto se debe llevara a cabo con una investigación para justificar los resultados obtenidos en el laboratorio. Los LEDs que se usaran son de los siguientes colores: rojo, verde, azul, amarillo, violeta, infrarrojo y naranja. Con estos LEDs se hará un circuito donde el voltaje será variable para poder ajustar cuanta luz emite el LED y así obtener distintas corrientes en varios voltajes. Estas corrientes y voltajes se van a graficar para obtener curvas de cada diodo. Se calculara estadísticamente la resistencia de cada diodo con estos datos obtenidos. A través de la investigación que se realiza, se podrá saber la conexión adecuada para graficar x-y en el osciloscopio y obtener la curva de cada LED (la gráfica siendo V-I) para después compararla a las que se graficaron usando los datos obtenidos al principio con el circuito de voltaje variable. En este reporte se hablara de la teoría de los LEDs, el objetivo de la práctica, el desarrollo experimental, los resultados y las conclusiones que se obtuvieron después de realizar la práctica y observar todo lo que ocurrió mientras y después de llevar todo acabo hasta llegar a los resultados.

Introducción

Desde la creación de la primera bombilla por Thomas Alba Edison hasta nuestros días, la iluminación ha evolucionado a pasos agigantados para atender las necesidades en distintos lugares y condiciones. Esta evolución ha ido de la mano para su desarrollo de los avances en materiales y tecnologías. Primero apareció la bombilla que emitía luz a través del calentamiento de un filamento; luego aparecieron las bombillas de descarga en gas, que generan radiación en el espectro visible usando un arco controlado en un medio gaseoso ya sea de mercurio, sodio o halogenuros metálicos; posteriormente, surgen las bombillas de inducción, que a través de una corriente inducida excitan los átomos de mercurio del interior de la bombilla, generando radiación que se transforma en radiación en el espectro visible usando fosforo amarillo; y actualmente, con el desarrollo de los semiconductores para aplicaciones de iluminación general, los diodos emisores de luz (LED) [1].

El primer reporte de emisión de luz de un semiconductor fue hecho por el radio ingeniero británico Henry Joseph Round, quien noto un brillo amarillo emanando de carburo de silicio en 1907. Sin embargo, los primeros dispositivos que son similares a los LEDs de hoy llegaron apenas hasta los 1950s, en Signal Corps Engineering Laboratories, en Fort Monmouth, en Nueva Jersey. Investigadores ahí fabricaron dispositivos que emitían luz naranja; equivalentes de verde, rojo y amarillo salieron en los 60s y 70s, todos bastantes ineficientes.

Para hacer un LED, debes crecer una serie de altamente definidas capas de semiconductor sobre una oblea delgada de un material cristalino, llamado un substrato. El substrato para LEDs rojos, naranjas y amarillos son arseniuro de galio, el cual funciona maravillosamente porque sus átomos están espaciados idénticamente como de las capas construidas arriba de él. Casi ninguna tensión mecánica se desarrolla en la red cristalina del semiconductor durante su fabricación, así que hay muy pocos defectos, lo cual sofocaría la generación de luz.

Desafortunadamente, LEDs azules y verdes son ausentes de una plataforma tan Buena. Se les llama LEDs de nitrito porque su semiconductor fundamental es nitruro de galio. El tipo n nitruro de galio es dopado con silicio, el tipo p con magnesio. Los posos cuánticos entremedio son nitruro de galio indio. Para alterar el color de la luz emitida de verde a violeta, investigadores varían el ratio de galio a indio en los posos cuánticos. Un poco de indio produce un LED violeta; un poco más produce verde [2].

La Iluminación en Estado Sólido (SSL, por sus siglas en inglés) emerge como una tecnología alternativa en iluminación con una amplia variedad de aplicaciones. Los Diodos Emisores de Luz (LEDs, por sus siglas en inglés) son la tecnología SSL de mayor disponibilidad en el mercado, ofrece una gran variedad de ventajas sobre las otras tecnologías de iluminación, desde la eficiencia, solidez y longevidad hasta la capacidad de generar de manera directa una gran cantidad de colores. Los LEDs actualmente disponibles ya están reemplazando rápidamente a otras fuentes de iluminación como así también son hoy la tecnología preferida para luces decorativas y de diferentes aplicaciones. La potencia de los LEDs, como fuente de iluminación general (luz blanca), es actualmente una de sus principales promesas de cara al futuro [3].

El dispositivo del LED tiene varias aplicaciones, pero en este trabajo se busca como cumplir con el objetivo de caracterizar eléctricamente a cada LED que se usa en esta práctica con ver sus curvas gráficamente y obtener la resistencia de cada uno de los diodos. Además de esto, existe el interés de aportar más información y verificar los resultados que se obtengan después de la realización de la práctica.

Descripción teórica del LED

Un diodo emisor de luz (LED) es un dispositivo semiconductor que crea luz usando electrónica de estado sólido. Un diodo está compuesto por una capa de material rico en electrones separados por una capa de material deficiente en electrones el cual forma una unión. Energía aplicada a esta unión excita a los electrones en el material rico en electrones, esto llegara a la emisión de fotones y la creación de luz. Dependiendo de la composición química de las capas del semiconductor, el color de la emisión de luz variara dentro del espectro electromagnético [4].

Todos los LED se fabrican como secciones agregadas, o regiones, de diferentes materiales semiconductores. Cada una de estas regiones desempeña un papel específico. Una región sirve como una fuente de electrones; se compone de un cristal de un semiconductor compuesto en el cual, se han introducido pequeñas cantidades de una impureza, tales como el silicio. Cada uno de tal átomo de impureza, o dopante, tiene cuatro electrones en su capa externa, en comparación con los tres en un átomo de galio, aluminio, o indio. Cuando un dopante toma un lugar que uno de estos otros átomos normalmente ocuparía, se añade un electrón a la red cristalina. El electrón extra se mueve fácilmente a través del cristal, que actúa como un portador de carga negativa. Con este exceso de cargas negativas, tal material es tipo n.

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