Tensión directa del diodo AlN

A 210 nm, el LED de longitud de onda más corta/frecuencia más alta parece estar compuesto por una unión de nitruro de aluminio ( según este artículo ).

Me preguntaba cuál sería el Vf (voltaje directo) de dicho diodo. Parece que no puedo encontrar ninguna información sobre los diodos UV profundos y sus respectivos Vfs (esta fuente afirma un máximo de 7,5 V para un diodo de 250 nm).

Aparte de simplemente indicar un número (o un número aproximado), ¿hay alguna forma (o forma aproximada) de calcular el Vf de un diodo frente a la longitud de onda máxima (quizás a través de alguna forma de interpolación de los Vfs del diodo existente)?

Probablemente no se indique en ninguna parte porque estos diodos no están disponibles comercialmente. Su potencia de salida y eficiencia ciertamente serán extremadamente pequeñas. De todos modos, el voltaje directo tiene que ser mayor que la brecha de banda y esta es una propiedad material, pero aparte de eso, depende de las características del dispositivo y la corriente directa. Adquiera (es decir, fabrique o haga que fabriquen para usted) un diodo como este y mídalo usted mismo, o espere hasta que estén disponibles comercialmente (si alguna vez) y luego mire la hoja de datos.
@OleksandrR. Entiendo que es probable que no haya una publicación sobre el voltaje directo. Esperaba una extrapolación basada en física/interpolación basada en datos. Lo intenté sin mucho éxito (basado en la energía fotónica). No creo que hacer un diodo de nitruro de aluminio sea exactamente factible en casa, solo digo...
Bueno, si las características del dispositivo son básicamente indefinidas, su único punto de referencia es la banda prohibida, como dije en mi comentario anterior. Este es un límite inferior para el voltaje directo. Para AlN (por cierto, corrija el título de su pregunta) es un poco más de 6 voltios.
@OleksandrR. Nunca dije que fueran indefinidos. El diodo de 210 nm se refiere a un diodo diseñado específico en el que hay trabajos de investigación disponibles (sin embargo, se paga para descargar). "Un poco más de 6 voltios" ayuda pero no explica el razonamiento detrás de la deducción (¿quiere mostrar cómo se deriva eso en una respuesta)? El punto es: a) ver si el material específico de nitruro de aluminio provoca cambios interesantes en el voltaje directo; b) ver si un diodo tan avanzado requiere algo más allá de lo que normalmente se necesitaría (quizás debido a ineficiencias).
En el documento, afirman que el voltaje directo para una corriente directa de 20 mA era de 37 V para un diodo con estructura MIS y de 45 V para uno con estructura PIN. La movilidad de los agujeros en especial fue bastante pequeña, aunque en el artículo entran en más detalles sobre la caracterización eléctrica. Dado que parece que está preguntando sobre este diodo en particular, ¿eso responde la pregunta?
@OleksandrR. Sí, si hace referencia quizás al enlace al artículo (o al resumen del que lo obtuvo) y lo publicó como respuesta. También me gustaría ver cómo obtuviste el 6V Vf solo del intervalo de banda.
El cálculo de la estructura de bandas para materiales arbitrarios a partir de primeros principios es una cuestión complicada que sería más adecuada para la física. SE que aquí (y no espere una respuesta completa ni siquiera allí; es mejor consultar un libro de texto). Pero ciertamente daré una referencia al documento.
Creo que puedes calcular el voltaje mínimo convirtiendo la energía de un fotón en electronvoltios. Así: calculadora de Google que dice 5,9 electronvoltios. No muy lejos. Esto depende de que los portadores tengan una masa similar a la de un electrón, lo que podría ser una suposición muy aproximada. Tal vez deberías preguntarle a Physics SE.
@tomnexus esto es lo mismo que la energía de banda prohibida, para un dispositivo de brecha directa. El dispositivo produce la longitud de onda de emisión que produce porque su banda prohibida es la que es. Así que este cálculo está planteando la cuestión.
@OleksandrR. Está bien, pero estoy sugiriendo esto como una forma de estimar el voltaje directo del diodo directamente desde la longitud de onda, sin considerar la estructura del dispositivo. Suponiendo que la masa del portador es la misma que la de un electrón, la energía fotónica máxima en eV es la misma que el voltaje aplicado en V. ¿Es esta una regla general útil?
@tomnexus Diría que no necesariamente, porque hay muchos LED con fósforos de conversión. Si sabe que es un dispositivo de brecha directa y la emisión no se convierte, en la mayoría de los casos debería ser igual de fácil buscar la brecha de banda para el material en cuestión. Aunque ciertamente podemos decir que, siempre que no haya LED convertidos, la energía del fotón es un límite inferior muy fuerte en el voltaje directo. Pero, nuevamente, es solo un límite inferior, por lo que se puede cuestionar la utilidad de esto en la práctica. Después de todo, 45 V es mucho más que 6 V para el LED AlN.

Respuestas (1)

La referencia para el diodo de 210 nm es:

Yoshitaka Taniyasu, Makoto Kasu y Toshiki Makimoto, "Un diodo emisor de luz de nitruro de aluminio con una longitud de onda de 210 nanómetros", Nature 441 , 325 (2006) [doi: 10.1038/nature04760]

En este artículo, los autores afirman que construyeron diodos que tenían tanto una estructura MIS como una PIN. Los voltajes directos para corriente directa de 20 mA fueron 37 y 45 V, respectivamente, aunque la corriente operativa (para producir 0,02 µW de emisión de 210 nm) fue de 40 mA, no de 20 mA, y no indican directamente el voltaje directo para este condición. Los grandes voltajes directos fueron (aparentemente, sin haberlo verificado demasiado rigurosamente) el resultado de tener que conducir una corriente tan grande a través del dispositivo dada la movilidad del orificio bastante baja, que era de alrededor de 30 cm^2 V^-1 s^-1 a temperatura ambiente.

Se indicó que la eficiencia cuántica externa era del orden de 0,000001%.

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