Der Round-Effekt ist eine Eigenschaft von Halbleitern und halbleiterähnlichen Stoffen, Licht auszusenden wenn eine elektrische Gleichspannung angelegt wird.
Entdeckt hat diesen Effekt Henry Joseph Round (1907) und später Oleg Wladimirowitsch Lossew (1921), weshalb diese Erscheinung auch Lossew-Licht genannt wird.
Hinweise:
Achtung! Laserstrahlung! Nicht in den Strahl blicken! Gefahr von Netzhautverbrennungen!
Geräte:
Gleichspannungsquelle ca.5-15 V, Krokodilklemmen , Tastspitze (Nadel), Spannungsmessgerät (Multimeter), energiereiche UV-Lichtquelle (UV Laser <5mW)
Materialien:
Siliciumkarbid (SiC)
Durchführung:
Ein Stück Siliciumcarbid wird mit einer Klemme an den Pluspol der Gleichspannungsquelle fixiert.
Mit der Tastspitze, einer herkömmlichen Nadel die den Minuspol darstellt, wird das Siliciumkarbid-Probestück abgetastet
bis man eine Stelle findet die durch Kontakt mit der Tastspitze zu "glimmen" beginnt.
Veränderungen des Anpressdrucks der Tastspitze können für den Erfolg des Versuchs entscheidend sein.
Unterschiedliche Reinheiten/Verunreinigungen des Siliciumcarbides rufen unterschiedliche Emmissionsfarben hervor.
Die am meisten beobachtete Emmisionsfarbe bei den Versuchen war orange/gelblich,
obwohl auch abhängig von der Reinheit der Kristalle grünlich bis bläuliche Glimmtöne zu beobachten waren.
Erklärung:
Die Leuchterscheinung ist kein durch Hitze hervorgerufenes Glimmen, also kein thermischer Efekt,
sondern eine direkte Photonenemmission ähnlich einer LED.
Siliciumcarbid besitzt Halbleitereigenschaften und ist hauptsächlich durch Al2O3 verunreinigt,
was auch die dunkelgrünliche bis schwarze Färbung im Kristall hervorruft und ein Art Dotierung darstellt.
Es können im Kristallgitter des SiC P/N-Übergänge entstehen, an denen durch Einwirkung eines Stromflusses
Elektronen kurzfristig in einen energetisch höheren Zustand versetzt werden.
Beim Zurückfallen dieser "angeregten Elektronen" auf das vorherige niedere Energieniveau wird die nun überschüssige Energie in Form von Photonen (Licht) ausgesendet. Beim Aufsetzen der Tastspitze auf eine geeignete Stelle kommt so ein Leuchteffekt zustande.
Blaue LEDs wurden anfangs aus SiC hergestellt, jedoch wurde wegen des schlechten Wirkungsgrades von SiC
auf andere Materialien wie z.B. Indiumgalliumnitrid mit höheren Wirkungsgrad ausgewichen.
Bilder:
Detailaufnahme der Lichtemission
Verschiedene Emmisionsfarben
Betrachtung einer blauen Emission (zum besseren Kontrast unter rötlichen Umgebungslicht)
Weitere Überlegung:
Gegenversuch zum Photoelektrischen Effekt:
Durchführung:
Am spannungslosen Aufbau wird eine Spannungsmessung im mV Bereich am SiC-Kristall durchgeführt.
Bei "normaler Beleuchtung" ist bei der Messung am SiC-Kristall keine signifikante Spannungsänderung feststellbar.
Sobald die Stelle am Kristall an der zuvor eine Lichtemission (Round-Effekt) zustandegekommen ist
mit einer energiereichen Lichtquelle (UV Laser ~405 nm/<5 mW unfokussiert) angestrahlt wird, kann eine Gleichspannung von bis zu einigen 100 mV gemessen werden.
Die Polarität der gemessenen Spannung ist analog zu der beim vorherigen Versuch zur Lichtaussendung.
Der photoelektrische Effekt an SiC liess sich in diesem Versuch nur mit kurzwelligem (energiereichem) UV-Licht signifikant feststellen.
Weitere Versuche mit ~532 nm <1 mW (grün) und ~658 nm ~5 mW (rot) Laserbestrahlung brachten auch mittels Strahlfokussierung keinen grösseren messbaren Effekt.
Bilder:
Spannung während UV-(Laser)Bestrahlung beträgt 22 mV
Bestrahlung mit Laser ~532 nm (grün, <1 mW), Laser ~658 nm (rot, ~5 mW) und einer UV-LED. Die Bestrahlung mit einer UV-LED ergab nur eine schwache Spannung von ca. 2 mV.
Erklärung:
Durch die Bestrahlung mit kurzwelligem (energiereichem) Licht werden an den P/N-Übergängen Ladungsträger frei.
Einfallende Photonen erzeugen freie Ladungsträgerpaare aus Elektronen und sogenannten "Löchern".
Die negativen Elektronen drängen nun zu positiven Ladungszonen und positive "Löcher" zu negativen elektronenreichen Ladungszonen,
was eine messbare "Photospannung" bewirkt.
Einfallendes Licht wird in eine messbare elektrische Spannung umgewandelt.
