6 h-Bestimmung mit LEDs
Wie im Kapitel "5.3 Energiebänder - Warum LEDs leuchten" beschrieben wurde, muss an eine LED von außen in Durchlassrichtung eine Spannung angelegt werden, damit Elektronen des n-dotierten Teils vom Valenzband in das Leitungsband angehoben werden können. Erst wenn die Elektronen im Leitungsband sind, können sie sich in der Diode bewegen und es fließt ein Strom. Dieser führt zu Rekombinationen von Elektronen mit Löchern im p-dotierten Teil. Die Spannung, die gerade ausreicht, um Elektronen ins Leitungsband zu heben, heißt Durchbruchspannung.
Wenn man die Durchbruchspannung mit der Ladungs e eines Elektrons multipliziert, dann erhält man die Energiedifferenz zwischen Valenzband und Leitungsband. Und diese Energiedifferenz ist auch gleich der Energie des abgestrahlten Photons: 
. Also 
Das ist im folgenden Bild noch einmal dargestellt:
Wenn man in einem Koordinatensystem die elektrische Energie e·Ub in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes einträgt, dann sollte dabei eine Gerade herauskommen:
Da die Energie des Lichtes ist, muss die Steigung dieser Geraden genau das Plancksche Wirkungsquantum h sein.
Aufbau des Experimentes:
Die Wellenlängen oder die Frequenzen des Lichtes der LEDs sollten vor der Messung bekannt sein. Diese kann man zum Beispiel durch ein Experiment mit einem optischen Gitter bestimmen.
Die LED's werden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Mit Hilfe eines Potentiometers lässt sich die Spannung sehr fein einstellen.
Nun wird von jeder LED eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufgenommen:
Die Durchbruchspannung kann bestimmt werden, indem der stark ansteigende Teil der Strom-Spannungs-Kennlinie einfach bis zur Abszisse extrapoliert wird.
Eine andere Variante ist, in einem dunklen Raum oder durch ein lichtdichtes Röhrchen die LEDs zu beobachten. Die Durchbruchspannung ist dann die Spannung, bei der die LEDs anfangen zu leuchten. Diese Messung ist aber viel ungenauer als mit der Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie.
Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik13-1