Вивчення явища електролюмінісценції

Abstract

Відсутність у студентів початкового етапу навчання (1-2 курс) необхідних знань із фізики напівпровідників та основ зонної теорії твердого тіла створює методичні труднощі при поясненні ефектів, дотичних до явища електролюмінесценції. У статті запропоновано спосіб пояснення ефекту електролюмінесценції студентам початкових курсів чи пізніших етапів навчання в університетах, де фізика – не профільна дисципліна. Розуміння студентами молодших курсів механізмів випромінювальної рекомбінації, що забезпечують ефективну електролюмінесценцію в складних напівпровідникових структурах, може бути сформоване на підставі пояснень, не обтяжених громіздкими математичними розрахунками. Механізм випромінювальної рекомбінації розглянуто на прикладі роботи світлодіода найпростішої будови – епітаксійної фосфідо–галієвої діодної структури. Використана наглядна модель екситонного збудження кристала дає змогу уникнути застосування складних розрахункових співвідношень при аналізі спектрів випромінювання діода. Обґрунтовано основну вимогу щодо вибору матеріалу робочого тіла напівпровідникового джерела когерентного свічення. Розглянуто підходи до вибору та представлення навчального матеріалу, що забезпечують виконання стандарту вищої освіти щодо формування спеціальних компетентностей та відповідних результатів навчання, зокрема здатності використовувати базові знання для розуміння фізичних процесів, бути обізнаними з питаннями прикладної фізики, матеріалознавства, хімії та відповідними технологічними процесами.

Отсутствие у студентов начального этапа обучения (1-2 курс) необходимых знаний по физике полупроводников и основ зонной теории твердого тела создает методические трудности при объяснении эффектов, касающихся явления электролюминесценции. В статье предложен способ объяснения эффекта электролюминесценции студентам начальных курсов, или более поздних этапов обучения в университетах, где физика – не профильная дисциплина. Понимание студентами младших курсов механизмов излучательной рекомбинации, которые обеспечивают эффективную электролюминесценцию в сложных полупроводниковых структурах, может быть сформировано на основании объяснений, не обремененных громоздкими математическими расчетами. Механизм излучательной рекомбинации рассмотрен на примере работы светодиода простого строения – эпитаксиальной фосфид-галлиевой диодной структуры. Использованная наглядная модель экситонного возбуждения кристалла позволяет избежать применения сложных расчетных соотношений при анализе спектров излучения диода. Обосновано основное требование по выбору материала рабочего тела полупроводникового источника когерентного свечение. Рассмотрены подходы к выбору и представлению учебного материала, которые обеспечивают выполнение стандарта высшего образования по формированию специальных компетенций и соответствующих результатов обучения, в частности способности использовать базовые знания для понимания физических процессов, разбираться с вопросами прикладной физики, материаловедения, химии и соответствующими технологическими процессами.

The lack of students of the initial stage of study (1-2 course) the necessary knowledge of semiconductor physics and the basics of band theory of solids creates methodological difficulties in explaining the effects related to the phenomenon of electroluminescence. The article proposes a way of explaining the effect of electroluminescence first-year students, or later stages of study at universities, where physics is not a core discipline. Undergraduate students' understanding of the mechanisms of radiative recombination that provide effective electroluminescence in complex semiconductor structures can be formed on the basis of explanations that are not burdened by cumbersome mathematical calculations. The mechanism of radiative recombination is considered in the example of the operation of a LED of a simple structure – an epitaxial phosphide-gallium diode structure. The used illustrative model of exciton excitation of the crystal makes it possible to avoid the use of complex calculated relations in the analysis of the emission spectra of the diode. The main requirement for the choice of the material of the working fluid of a semiconductor source of coherent luminescence has been substantiated. Approaches to the selection and presentation of educational material that meet the standard of higher education for the formation of special competencies and relevant learning outcomes, including the ability to use basic knowledge to understand physical processes, be familiar with applied physics, materials science, chemistry and related processes.