Electroluminescence

Pages: 10 (2424 mots) Publié le: 15 décembre 2012
Département de Génie Physique Travaux pratiques 4A Mesures Physiques

Electroluminescence
BLANCHET Antoine BONTEMPS Frédéric 16 Novembre 2012

Summary: The electro-luminescence is a simple phenomenon based largely on the spontaneous emission of one materials.
Polarized semiconductors possess electrons in its conduction band, these are going to restore their energy in the form of photon.The understanding of this classic property of semiconductors allowed an huge development of optoelectronic diodes and lasers.

Introduction et modèle théorique
La première émission de lumière par un semiconducteur date de 1907 et fut découverte par H. J. Round. Quelques années après, en 1927 O. V. Losev dépose le premier brevet de ce qui sera appelé, bien plus tard, une diodeélectroluminescente. L’électroluminescence est un phénomène optoélectronique dans lequel un matériaux (le plus souvent un semi-conducteur) traversé par un courant émet de la lumière dans une plage de longueur d’onde dépendant de la structure de bande de celui-ci. Pour comprendre ce phénomène il est nécessaire de se focaliser sur les différents processus de recombinaisons. En effet lorsqu’un matériaux est soumis àune perturbation « dure » (champ électrique) susceptible de créer des porteurs en excès, on écarte le système de son état d’équilibre thermique. Il est évident que le système va tenter de revenir à son état d’équilibre, il va avoir tendance à recombiner les porteurs qu’il a crée en excès. Dans le cas d’un dispositif à semi-conducteurs cela revient à faire retomber dans les trous de la bande devalence, les électrons en excès dans la bande de conduction. Ces mécanismes sont naturellement opposés aux mécanismes de créations. Selon le nombre de niveaux « pièges » entre le bas de la BC et le haut de la BV les recombinaisons sont directes où indirectes. On peut aussi distinguer trois situations suivant la façon dont l’énergie de l’électron et du trou va être évacuée. D’une part lesrecombinaisons non radiatives ou l’énergie libérée sert à exciter les modes de vibrations du réseau par les phonons. D’autre part les recombinaisons Auger dans ce cas l’énergie libérée par la recombinaison électron-trou va servir à exciter par exemple un électron de la BC pour l’envoyer sur un niveau très élevée de la BC il y a une interaction électron/électron significative. L’électron qui reçoit cet apportmonte donc en énergie mais il est très vite thermalisé par interaction avec le réseau cristallin, l’énergie est donc perdue sous forme de cascade de phonons et aucun photon n’est émis. Ce mécanisme très important de recombinaisons non radiatives est entre autre responsable de la limitation de rendement des diodes électroluminescentes. Enfin il y a les recombinaisons radiatives celles qui sontresponsables du phénomène d’électroluminescence. L’énergie libérée va cette fois-ci produire un photon, selon si la recombinaison est directe ou indirecte il peut y avoir une ou deux recombinaisons qui sont émettrices de photons. Ce phénomène est nommé l’émission spontanée. Toutes les diodes électroluminescentes (DEL) ou les lasers semi-conducteurs fonctionnent selon ce principe. Un quatrièmephénomène peut aussi être prit en compte mais nous le négligerons dans notre expé-

rience avec les DEL. Il s’agit de l’émission stimulée, elle stipule qu’un photon incident peut exciter un électron dans la bande de conduction qui, en se désexcitant, émet un photon de même énergie que le photon incident (cette émission est la base du fonctionnement des lasers). Pour mettre en évidencel’électroluminescence les jonctions PN sont idéales. En effet dans une jonction PN polarisée en directe les électrons et les trous voient de part et d’autre de la jonction une barrière de potentiel réduite par rapport à celle de l’équilibre thermodynamique. Par diffusion, électrons et trous vont pouvoir passer respectivement du coté P et N de la jonction. Ensuite ils arrivent dans une zone où ils deviennent...
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