Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Курсовая работа: Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик

Название: Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа Добавлен 06:26:55 26 июля 2010 Похожие работы
Просмотров: 353 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина»

Физический факультет

Кафедра физики твёрдого тела

Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик

Курсовая работа по специализации «Физика твёрдого тела»

специальности Физика (научно-педагогическая деятельность)

Брест, 2010г


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ К.П.Д. СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПОЛУПРОВОДНИК-МЕТАЛЛ

2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

3. РЕФЕРАТ ОПИСАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4. СОВРЕМЕННЫЕ СВЕТОДИОДЫ

5. КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ СВЕТОДИОД

6. ПОЛУЧЕНИЕ ГОЛУБЫХ СВЕТОДИОДОВ

7. ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛОГО СВЕТА С ПОМОЩЬЮ СВЕТОДИОДОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Введение

Материал – один из видов вещества, идущего на изготовление изделий. Одно из требований к нему – стабильность, сохранение внутреннего строения в процессе длительной эксплуатации, что присуще только твердому агрегатному состоянию. При переработке материала в изделия (резание, диффузия, окисление, нанесение покрытий и т.д.), когда воздействуют, в основном, на поверхностные слои, материалы не должны изменять внутреннего строения. Однако стабильность относительна, изменчивость же – абсолютна. Последняя проявляется как зависимость от внешних воздействий, основные из которых: изменение температуры – тепловое движение атомов и частиц; движение электронов, ионов и целых групп атомов под действием полей; диффузия – все ее виды; структурные дефекты и неоднородность самого материала. Отсюда и условность терминов и классификаций. Даже общепринятое разделение материалов на проводники, полупроводники и диэлектрики весьма относительно. Так при очень низких температурах разница между полупроводниками и диэлектриками стирается, а при повышенных температурах полупроводники становятся хорошими проводниками. Кроме того, есть вещества, занимающие промежуточное положение между этими типами материалов, что предоставляет широкий выбор для инженерного творчества.


Способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл

Предлагаемый способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл может найти практическое применение в фотолитографии, оптотехнике систем полупроводник-металл, при определении к.п.д. фотокатодов.

При облучении системы полупроводник-металл фотоактивным светом происходит диффузия ионов металла из металлического слоя в слой полупроводника. Для количественной оценки фотохимических превращений, происходящих в системе полупроводник-металл, необходимо определить квантовый выход частиц (ионов) металла в полупроводник, т.е. к.п.д. светочувствительной системы.

К.П.Д. (квантовый выход) является важной характеристикой фотохимической реакции. Он характеризует соотношение числа прореагировавших и поглотивших свет молекул (атомов).

Удельное сопротивление тонких (50-300Å) слоев металла зависит от их толщины. На этом базируется метод определения квантового выхода частиц металла в полупроводник. В нем по экспериментальной зависимости удельного сопротивления от толщины металлического слоя определялась толщина слоя Ag, растворенного в As2 S3 под действием фотоактивного света. Основным недостатком предложенного способа является экспоненциальная зависимость удельного сопротивления от толщины слоя, что сопряжено с большими погрешностями.

Особенность предлагаемого способа состоит в регистрации изменения сопротивления металлического слоя системы полупроводник-диэлектрик под действием падающего излучения.

Фотохимическая реакция может быть охарактеризована несколькими квантовыми выходами: первичным и общим, связанным с выходом продуктов. Практически трудно, а иногда вообще невозможно, определить концентрацию частиц (следовательно, и квантовый выход), образующихся в первичном процессе. Вместе с тем легко определить концентрацию конечных продуктов, образующихся в результате вторичных реакций. При этом общий квантовый выход определяется соотношением:

, (1)

где N - число образовавшихся под действием поглощенных фотонов молекул или ионов, n - число квантов света, поглощенных исходным веществом.

Т.е., под квантовым выходом (к.п.д.) частиц (ионов) металла в слой полупроводника при фотохимических превращениях в системе полупроводник-металл подразумевается отношение числа ионов металла N, диффундировавших в слой полупроводника под действием света, к числу поглощенных системой квантов света n. Число квантов света n, поглощенных системой полупроводник-металл на данной длине волны, определяется с помощью калиброванного фотоприемника по поглощенной системой полупроводник-металл энергии, которая рассчитывается по величине падающей энергии за вычетом отраженной и прошедшей энергий.

Т.е., определение η сводится к определению N. Для измерения квантового выхода частиц (атомов, ионов) из металлического слоя в слой полупроводника предлагается способ контроля количества металла, растворенного в полупроводнике при облучении, не требующий измерения толщины металлического слоя. Толщина металлического слоя выбирается заведомо большой, чтобы он обладал физико-химическими свойствами, близкими к свойствам массивного металлического образца. Кроме того, точность определения числа частиц металла, диффундировавших в полупроводник, определяется лишь точностью измерения сопротивления, длины и ширины металлического слоя, которые можно выполнить с высокой точностью.

До облучения системы фотоактивным светом сопротивление металлической змейки 3 (фиг.)

Фиг. 1. Схема светочувствительной системы полупроводник-металл на диэлектрической подложке

, (2)

где ρ - удельное сопротивление металла, B - общая длина металлической полоски, D - ширина, Н – толщина полоски.

При облучении системы полупроводник-металл происходит диффузия ионов металла из металлического слоя 3 в слой полупроводника 2. Экспериментально обнаружено, что проводимость чистого и легированного частицами металла полупроводника значительно ниже проводимости оставшегося металлического слоя. Легко показать, что сопротивление металлического слоя после облучения системы

, (3)

где h – эффективная глубина облучаемого участка; H, b - толщина металлического слоя и длина облучаемого участка. Эффективная глубина h – это глубина металлического слоя, на которой образовались непроводящие продукты реакции. Как следует из выражений (2) и (3),

. (4)

В свою очередь, число ионов металла, диффундировавших из области облучаемого участка в полупроводник,

, (5)

где d, μ - плотность и молекулярный вес металла соответственно. Как следует из выражения (5), значение N явно не зависит от эффективной глубины h и поэтому отпадает необходимость в ее определении.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа в сравнении с прототипом заключаются в повышении точности измерений, экономии энергетических и временных затрат, необходимых для реализации способа, обусловленной простотой измерений сопротивления, отсутствием необходимости определения толщины и удельного сопротивления металлического слоя, уменьшением числа операций обработки результатов.

Формула изобретения

Способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл, включающий последовательное нанесение напылением на диэлектрическую подложку через трафарет слоя металла (в виде змейки) толщиной 200 нм, слоя дийодида олова толщиной 50 – 150 нм, экспонирование ультрафиолетовым или видимым светом, измерение энергии, поглощенной системой, измерение сопротивления металлического слоя (змейки), отличающийся тем, что число ионов металла, диффундировавших из облучаемого участка в полупроводник, определяют по изменению сопротивления металлического слоя в процессе облучения.

Реферат описания изобретения

Предлагаемый способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл может найти практическое применение в фотолитографии, оптотехнике систем полупроводник-металл, при определении к.п.д. фотокатодов.

Предлагается способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл, включающий последовательное нанесение напылением на диэлектрическую подложку через трафарет слоя металла (в виде змейки), слоя дийодида олова, экспонирование ультрафиолетовым или видимым светом, измерение энергии, поглощенной системой, измерение сопротивления металлического слоя (змейки), отличающийся тем, что число ионов металла, диффундировавших из облучаемого участка в полупроводник, определяют по изменению сопротивления металлического слоя в процессе облучения.

Современные светодиоды

В последние годы мы стали свидетелями стремительного развития и революционного совершенствования светодиодов (сокращенно ОИД — светоизлучающие диоды, в английском варианте LED — light emitting diodes) — твердотельных полупроводниковых источников света. Еще недавно светодиоды были всего лишь устройствами индикации, а сегодня это уже высокоэффективные источники света, которые в ближайшие 10-15 лет преобразят мир искусственного освещения и полностью заменят лампы накаливания.

Чтобы понять, почему светодиодам пророчат большое будущее, рассмотрим подробнее их устройство, историю создания и развития. В 1907 году английский инженер Раунд, трудившийся во всемирно известной лаборатории Маркони, случайно заметил, что у работающего детектора вокруг точечного контакта возникает свечение. Всерьез же заинтересовался этим физическим явлением и попытался найти ему практическое применение «непостижимо талантливый русский» Олег Владимирович Лосев.

Обнаружив в 1922 году во время своих ночных радиовахт свечение кристаллического детектора, этот, тогда еще 18-летний, радиолюбитель не ограничился констатацией «странного» факта, а незамедлительно перешел к оригинальным экспериментам. Стремясь получить устойчивую генерацию кристалла, он пропускал через точечный контакт диодного детектора ток от батарейки. То есть имел дело не с чем иным, как с прототипом полупроводникового прибора, названного впоследствии светодиодом. Весь мир заговорил об «эффекте Лосева», на практическое применение которого изобретатель успел получить (до своей гибели на войне в 1942 г.) четыре патента.

С 1951 года центр по разработке «полупроводниковых лампочек», действующих на основе «эффекта Лосева», переместился в Америку, где его возглавил К. Леховец (США). В исследовании проблем, связанных со светодиодами, принял самое деятельное участие и «отец транзисторов» физик В. Шокли.

Вскоре выяснилось, что германий (Ge) и кремний (Si), на основе которых делаются полупроводниковые триоды (транзисторы), бесперспективны для светодиодов из-за слишком большой «работы выхода» и, соответственно, слабого испускания фотонов на р-п-переходе. Успех же сопутствовал монокристаллам из сложных композитных полупроводников: соединений галлия (Ga), арсеникума (мышьяка — As), фосфора (Р), индия (In), алюминия (Al), других элементов периодической системы Менделеева.

Однако реализованы на практике эти идеи были лишь в 60-70-е годы, после обнаружения эффективной люминесценции полупроводниковых соединений типа (GaP) и арсенида (GaAs) галлия и их твердых растворов. В итоге на их основе были созданы светодиоды и таким образом заложен фундамент новой отрасли техники — оптоэлектроники.

Первые имеющие промышленное значение светодиоды были созданы в 60-е годы на основе структур GaAsP/GaP Ником Холоньяком (США) c красным и желто-зеленым свечением. Внешний квантовый выход был не более 0,1%. Длина волны излучения этих приборов находилась в пределах 500-600 нм — области наивысшей чувствительности человеческого глаза, — поэтому яркость их желто-зеленого излучения была достаточной для целей индикации. Световая отдача светодиодов при этом составляла приблизительно 1-2 лм/Вт.

Термины, используемые для характеристики светодиодов

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для «хороших» кристаллов с мощным тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

Светоотдача — количество излучаемых люменов на единицу потребляемой мощности люмен/ватт (лм/Вт). Этот параметр показывает, сколько энергии, поступающей на светодиод превращается в свет, а сколько в тепло. Чем выше этот параметр, тем лучше.

Световой поток — величина, характеризующая количество излучаемого (поглощаемого или отраженного) света. Световой поток представляет собой мощность излучения, оцененную с позиции его воздействия на зрительный аппарат человека. Единица светового потока — люмен (лм).

Как устроен и работает светодиод?

Прежде всего, светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным p-n-переходом или контактом «металл — полупроводник», генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое (видимое) излучение. Напомним, что p-n-переход — это «кирпичик» полупроводниковой электронной техники, представляющий соединенные вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с избытком электронов — «n-тип», второй с избытком дырок — «p-тип»). Если к p-n-переходу приложить «прямое смещение», то есть подсоединить источник электрического тока плюсом к p-части, то через него потечет ток.

Нас интересует то, что происходит после того, как через прямо смещенный p-n-переход пошел ток, а именно момент рекомбинации (соединение) носителей электрического заряда — электронов и дырок, когда имеющие отрицательный заряд электроны «находят пристанище» в положительно заряженных ионах кристаллической решетки полупроводника. Оказывается, что такая рекомбинация может быть излучательной, при этом в момент встречи электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света — фотона.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-n перехода в кристалле оказывается недостаточно и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры.

Самая распространенная конструкция светодиода — традиционный 5-миллиметровый корпус (рис. 1). Конечно, это не единственный вариант «упаковки» кристалла.

Светодиод имеет два вывода — анод и катод. На катоде расположен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Внешне он выглядит, как чашеобразное углубление, на дно которого помещен светоизлучающий кристалл. Активный элемент — полупроводниковый монокристалл — в большинстве современных светодиодов используется в виде кубика (чипа) размерами 0,3x0,3x0,25 мм, содержащего р-n или гетеропереход и омические контакты. Кристалл соединен с анодом при помощи перемычки из золотой проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус, являющийся одновременно фокусирующей линзой вместе с рефлектором, определяет угол излучения (диаграмму направленности) светодиода.

Что касается яркости светодиода, то для нее далеко не безразлична и оптическая прозрачность n-области (сверхтонкие пленки полупроводников вполне прозрачны). Ну а цвет (частота) излучения, имея четкую функциональную связь с энергией испускаемых фотонов, зависит от материалов полупроводниковых р-п-переходов. В частности, чистый монокристалл GaAs дает инфракрасный луч, небольшая добавка А1 и/или Р меняет цвет излучения на красный. Зеленый свет испускает GaP. Использование же р-п-перехода на основе композиции AlInGaP позволяет получать желтое или оранжевое излучение.

Работая, одиночный светодиод потребляет очень небольшую энергию: при напряжении 2-4 В и токе 10-30 мА электрическая мощность варьируется от 20 до 120 мВт. При КПД в 5-25% в виде света излучается 1-30 мВт (сила света 1-30 кд). Для сравнения — миниатюрная лампа накаливания работает при напряжении около 12 В и токе 50-100 мА.

В отличие от ламп накаливания светодиоды излучают свет в относительно узкой полосе спектра, ширина которой составляет 20-50 нм. Они занимают промежуточное положение между лазерами, свет которых монохроматичен (излучение со строго определенной длиной волны), и лампами различных типов, излучающих белый свет (смесь излучений различных спектров). Иногда такое «узкополосное» излучение называют «квазимонохроматическим». Как источники «цветного» света светодиоды давно обогнали лампы накаливания со светофильтрами. Так, световая отдача лампы накаливания с красным светофильтром составляет всего 3 лм/Вт, в то время как красные светодиоды сегодня дают 30 лм/Вт и более. Например, новейшие приборы Luxeon производства американской компании Lumileds (совместное предприятие Agilent Technologies и Philips Lighting) обеспечивают 50 лм/Вт для красной и даже 65 лм/Вт для оранжево-красной части спектра. Впрочем, и это не рекорд — для желто-оранжевых светодиодов планка 100 лм/Вт уже взята.

Получение голубых светодиодов

Долгое время развитие светодиодов сдерживалось отсутствием приборов, излучающих в синем диапазоне. Трудности по изготовлению голубых светодиодов пришлось преодолевать «всем миром». Голубые светодиоды можно получить на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы (помните таблицу Менделеева?).

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения — то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару. У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды. Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но возникли трудности в синтезе и легировании этих материалов (обычно их получают в виде эпитаксиальных пленок). Для выращивания пленок используют два технологических подхода: метод молекулярнолучевой эпитаксии (МВЕ — Molecular Beam Epitaxy) в условиях сверхвысокого вакуума и метод осаждения пленок из металлоорганических соединений (MOCVD — Metalorganic Chemical Vapor Deposition). Принципиально важно при этом обеспечить совпадение периодов кристаллических решеток последовательных слоев с различным химическим составом, чтобы границы между соседними слоями не содержали дефектов и были резкими. Проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х годах, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практики (доли %), но срок их службы был ограничен. В р-области p-n-перехода концентрация дырок была мала, и сопротивление диодов оказалось слишком большим, они довольно быстро перегревались и выходили из строя. Работы Панкова в то время руководство фирмы IBM не поддержало.

В начале 80-х годов Г. В. Сапарин и М. В. Чукичев в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова обнаружили, что после действия электронного пучка образец GaN, легированный Zn, локально становится ярким люминофором. Были предложены устройства оптической памяти с пространственным разрешением 1-10 мкм. Но причину яркого свечения — активацию акцепторов Zn под влиянием пучка электронов — тогда понять не удалось.

Эту причину раскрыли И. Акасаки и Х. Амано из Нагойского университета. Дело оказалось в том, что примесные атомы Zn при росте кристалла реагировали с неизбежно присутствующими атомами водорода, образовывали нейтральный комплекс Zn-H+ и переставали работать акцепторами. Обработка электронным пучком разрушала связи Zn-H+ и возвращала атомам Zn акцепторную роль. Поняв это, японские ученые сделали принципиальный шаг в создании p-n-переходов из GaN. Для аналогичного акцептора, Mg, было показано, что обработкой сканирующим электронным пучком можно р-слой GaN с примесью Mg сделать ярко люминесцирующим, имеющим большую концентрацию дырок, которая необходима для эффективной инжекции дырок в p-n-переход. Авторы заявили патент на эффективное легирование GaN р-типа.

Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

А прорыв в изготовлении голубых светодиодов совершил С. Накамура из фирмы Nichia Chemical. 29 ноября 1993 года, когда компания Nichia Chemical Industries объявила, что завершила разработку голубых светодиодов на основе GaN и планирует приступить к их массовому производству, общая реакция компаний, производящих оптоэлектронные приборы и компоненты была: «кто?». Лишь немногие, даже в Японии, когда-либо слышали о Nichia — эта компания никогда не значилась среди зарегистрированных в оптоэлектронной промышленности. И мало кто обратил внимание на пару статей, опубликованных незадолго до этого С. Накамурой, молодым исследователем из Nichia.

Накамура начал работу над созданием сине-зеленых светодиодов. Зная, что главной проблемой является получение подходящих материалов, а хорошим методом их выращивания — MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) — метод осаждения пленок из металлоорганических соединений.

Первый коммерческий синий светодиод был сделан Накамурой в начале 1994 года на основе гетероструктуры InGaN/AlGaN с активным слоем InGaN, легированным Zn.

Выходная мощность составляла 3 мВт при прямом токе 20 мА с квантовым выходом (отношением числа инжектированных электронов к числу образовавшихся фотонов) 5,4% на длине волны излучения 450 нм. Вскоре после этого за счет увеличения концентрации In в активном слое был изготовлен зеленый светодиод, излучавший с силой света 2 кд. Он состоит из 3-нанометрового активного слоя In0,2Ga0,8N, заключенного между слоями p-AlGaN и n-GaN, выращенными на сапфире. Такой тонкий слой InGaN сводит к минимуму влияния рассогласования решеток: упругое напряжение в слое может быть снято без образования дислокаций и качество кристалла остается высоким. Здесь слой InGaN образует одиночную квантовую яму, в которой локализованы электроны и дырки, поступающие из окружающего материала. Из-за пространственного ограничения движения носителей тока происходит эффективная излучательная рекомбинация. Скорость рекомбинации зависит от содержания In в активном слое и энергии квантованных состояний, которые, в свою очередь, зависят от толщины квантовой ямы и энергетического барьера между слоем InGaN и окружающим материалом, а изменение толщины дает возможность дополнительно управлять длиной волны излучения. В 1995 году при еще меньшей толщине слоя InGaN и более высоком содержании In удалось повысить силу света до 10 кд на длине волны 520 нм, а квантовую эффективность до 6,3%, причем время жизни светодиодов составляло 5х104ч (измеренное), а по теоретическим оценкам — более 106 ч (около 150 лет!).

Получение белого света с помощью светодиодов

На сегодняшний момент существует три способа получение белого света с помощью светодиодов: смешивание в определенной пропорции излучения красного, зеленого и синего светодиодов. При этом могут быть использованы как отдельные светодиоды разных цветов, так и 3-кристальные светодиоды, объединяющие кристаллы красного, синего и зеленого свечения в одном корпусе. На рис. 2 показано получение белого света путем смешивания в определенной пропорции излучения красного, зеленого и синего светодиодов.


Основой более дешевого и распространенного способа получения светодиода белого света является полупроводниковый кристалл структуры InGaN, излучающий на длине волны 460-470 нм (синий цвет) и нанесенный сверху на поверхность кристалла люминофор на основе YAG (иттрий-гадолиниевых гранатов, активизированный Се3+), излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтой части спектра.

На рис. 3 показано получение белого света с помощью кристалла синего светодиода и нанесенного на него слоя желтого люминофора.

Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет. Такие светодиоды намного дешевле 3-кристальных, обладают хорошей цветопередачей, а по светоотдаче (до 30 лм/Вт) они уже обогнали лампы накаливания (7-10 лм/Вт).


На рис. 4 показано строение 5-миллиметрового светодиода, излучающего белый свет.

Еще один метод получения белого света — возбуждение 3-слойного люминофора светодиодом ультрафиолетового спектра (УФ-СИД).

На рис. 5 показано получение белого света с помощью ультрафиолетового светодиода и RGB-люминофора.

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0,33; 0,33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и, наконец, в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.

Промышленность на данный момент выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

Как уже упоминалось, строение светодиода не ограничивается стандартным 5-мм корпусом и определяется мощностью излучения и прямым током, проходящим через диод. Световой поток, излучаемый светодиодом, напрямую зависит от прямого тока, протекающего через светодиод. Чем больше ток, тем ярче светит светодиод. Это связано с тем, что чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехо-да диод перегреется и выйдет из строя.


Заключение

В данной курсовой работе рассмотрен способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл. Особенность предлагаемого способа состоит в регистрации изменения сопротивления металлического слоя системы полупроводник-диэлектрик под действием падающего излучения.

Одной из важных характеристик фотохимической реакции является К.П.Д. (квантовый выход). Он характеризует соотношение числа прореагировавших и поглотивших свет молекул (атомов).

Предлагаемый способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл может найти практическое применение в фотолитографии, оптотехнике систем полупроводник-металл, при определении к.п.д. фотокатодов.


Список использованной литературы

1) Костышин М.Т., Михайловская Е.В., Романенко П.Ф. Об эффекте фотографической чувствительности тонких полупроводниковых слоев, находящихся на металлических подложках.- ФТТ, 1966, 8, 4, 571-572.

2) Migration of silver and gold in amorphous As2S3 / A. Buroff, E. Nebauer, P.Süptitz, I.Willert.- Phys. status solidi A, 1977, 40, 1, 195-198.

3) Костко В.С., Костко О.В., Маковецкий Г.И., Янушкевич К.И Светочувствительность тонкопленочной структуры SnI2-Sn-стекло и фазовый состав структуры SnI2-Cd-стекло// Весці Акад. навук Беларусі, Сер. фіз.-мат. навук.- 2001.- №1.- С.103-106.

4) Goldschmidt D., Rudman P.S. The kinetics of photodissolution of Ag in amorphous As2S3 films.- J. Non-cryst. solids, 1976, 22, 2, 229-243.

5) Способ нанесения рельефного изображения на диэлектрическую подложку: пат. 8800 Респ. Беларусь, G 03 C/ В.С.Костко, О.В.Костко; заявитель Брестск. гос. ун-т.- № а 20031065; заявл. 19.11.03; опубл. 30.07.05// Афіцыйны бюл./ Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці.

6) Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений. Л.: Наука, 1967. 616.

7) Калверт Дж., Питтс Дж. Фотохимия. М.: Мир, 1968. 672.

8) Стефанович Г.Б. Фазовый переход металл-полупроводник в структурно разупорядоченной двуокиси ванадия. Дис. на соис. канд. физ.-мат. наук. Петрозаводск, 1986. 185 с. [10] ChudnovskiiF.A., StefanovichG.B. // J. SolidStateChem. 1992. V. 98. P. 137145.

9) Мокеров В.Г. и др. // ФТТ. 1976. Т. 18. № 7. C. 1801-1805.

10) В.И. Смирнов. Физико-химические основы технологии электронных средств. Учебное пособие. Ульяновск. 2005.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений06:54:32 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
16:20:22 25 ноября 2015

Работы, похожие на Курсовая работа: Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(151089)
Комментарии (1843)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru