Банк рефератов содержит более 374 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:
374531
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (306)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (115)
Астрология (4)
Астрономия (4910)
Банковское дело (5248)
Безопасность жизнедеятельности (2639)
Биографии (3657)
Биология (4242)
Биология и химия (1555)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2846)
Бухгалтерский учет и аудит (8336)
Валютные отношения (51)
Ветеринария (55)
Военная кафедра (791)
ГДЗ (2)
География (5381)
Геодезия (31)
Геология (1235)
Геополитика (43)
Государство и право (20436)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (110)
ЕГЭ (180)
Естествознание (98)
Журналистика (904)
ЗНО (55)
Зоология (35)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (108)
Иностранный язык (67254)
Информатика (3658)
Информатика, программирование (6486)
Исторические личности (2549)
История (23711)
История техники (779)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3200)
Компьютерные науки (61)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1040)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1166)
Культура и искусство (8577)
Культурология (539)
Литература : зарубежная (2054)
Литература и русский язык (12310)
Логика (534)
Логистика (21)
Маркетинг (8017)
Математика (3856)
Медицина, здоровье (10660)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (37)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12533)
Металлургия (91)
Москвоведение (807)
Музыка (1355)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (215)
Наука и техника (1147)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (22000)
Педагогика (7862)
Политология (3819)
Право (685)
Право, юриспруденция (2890)
Предпринимательство (475)
Промышленность, производство (7186)
Психология (8717)
психология, педагогика (4130)
Радиоэлектроника (492)
Реклама (956)
Религия и мифология (3013)
Риторика (23)
Сексология (751)
Социология (4893)
Статистика (95)
Страхование (117)
Строительные науки (7)
Строительство (2031)
Схемотехника (16)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (241)
Теория организации (39)
Теплотехника (26)
Технология (635)
Товароведение (16)
Транспорт (2693)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (407)
Управление (97)
Управленческие науки (24)
Физика (3573)
Физкультура и спорт (4506)
Философия (7274)
Финансовые науки (4594)
Финансы (5395)
Фотография (3)
Химия (2271)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4536)
Экономика (20746)
Экономико-математическое моделирование (676)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2584)
Этика (892)
Юриспруденция (288)
Языковедение (150)
Языкознание, филология (1144)
.

Реферат: Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры

Название: Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры
Раздел: Рефераты по физике
Тип: реферат Добавлен 00:27:04 10 марта 2007 Похожие работы
Просмотров: 325 Комментариев: 2 Оценило: 1 человек Средний балл: 3 Оценка: неизвестно     Скачать

Ш2

ш1.5

1Министерство науки, высшей школы и технической политики РФ

1Московский Государственный Институт Электроники и Математики

1Факультет Электронной Техники

1Кафедра - Материаловедение

1электронной техники

1РЕФЕРАТ

1на тему 3 Материалы оптоэлектроники.

3Полупроводниковые светоизлучающие структуры. 0

1Выполнил студент группы И-41

1Офров С.Г

1Руководитель Петров В.С.

1Реферат защищён с оценкой _________

_____________________________

(подпись преподавателя, дата)

1Москва 1994

ш0

.

- 1 -

Материалы оптоэлектроники.

Полупроводниковые светоизлучающие структуры.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ.

1.1. Предмет оптоэлектроники.

Оптоэлектроника представляет собой раздел науки и техники,

занимающийся вопросами генерации, переноса (передачи и приёма),

переработки (преобразования), запоминания и хранения информации

на основе использования двойных (электрических и оптических) ме-

тодов и средств.

Оптоэлектронный прибор - это (по рекомендации МЭК) прибор,

чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфра-

красной или ультрафиолетовой областях; или прибор, излучающий и

преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же

спектральных областях; или прибор, использующий такое электро-

магнитное излучение для своей работы.

Обычно подразумевается также "твердотельность" оптоэлек-

тронных приборов и устройств или такая их структура (в случае

использования газов и жидкостей), которая допускала бы реализа-

цию с применением методов современной интегральной техники в

микроминиатюрном исполнении. Таким образом, оптоэлектроника ба-

зируется на достижениях целого ряда достижений науки и техники,

среди которых должны быть выделены прежде всего квантовая элек-

троника, фотоэлектроника, полупроводниковая электроника и техно-

логия, а также нелинейная оптика, электрооптика, голография, во-

локонная оптика.


- 2 -

Принципиальные особенности оптоэлектронных устройств связа-

ны с тем, что в качестве носителя информации в них наряду с

электронами выступают электрически нейтральные фотоны. Этим

обуславливаются их основные достоинства:

1. Высокая информационная ёмкость оптического канала.

2. Острая направленность излучения.

3. Возможность двойной модуляции светового луча - не только

временной, но и пространственной.

4. Бесконтактность, "элетропассивность" фотонных связей.

5. Возможность простого оперирования со зрительно восприни-

маемыми образами.

Эти уникальные особенности открывают перед оптоэлектронными

приборами очень широкие возможности применения в качестве эле-

ментов связи, индикаторных приборов, различных датчиков. Тем са-

мым оптоэлектроника вносит свою, очень значительную, долю в

комплексную микроминиатюризацию радиоэлектронной аппаратуры.

Дальнейшее развитие и совершенствование средств оптоэлектроники

служит техническим фундаментом разработки сверхвыскопроизводи-

тельных вычислительных комплексов, запоминающих устройств ги-

гантской ёмкости, высокоскоростной связи, твердотельного телеви-

дения и инфравидения.

Основу практически любой оптоэлектронной системы составляет

источник излучения: именно его свойства и определяют, в первую

очередь, лицо этой системы. А все источники можно подразделить

на две большие группы: с когерентным (лазеры) и с некогерентным

(светоизлучающие диоды и др.) излучением. Устройства с использо-

ванием когерентного или некогерентного света обычно резко отли-

чаются друг от друга по важнейшим характеристикам.


- 3 -

Всё это оправдывает использование таких терминов как "коге-

рентная оптоэлектроника" и "некогерентная оптоэлектроника". Ес-

тественно, что чёткую грань провести невозможно, но различия

между ними очень существенны.

История оптоэлектроники ведёт своё начало с открытия опти-

ческого квантового генератора - лазера (1960 г.). Примерно в то

же время (50-60-е гг.) получили достаточно широкое распростране-

ние светоизлучающие диоды, полупроводниковые фотоприёмники, уст-

ройства управления световым лучом и другие элементы оптоэлектро-

ники.

1.2. Генерация света.

Оптический диапазон составляют электромагнитные волны, дли-

ны которых простираются от 1 мм до 1 нм. Оптический диапазон за-

мечателен тем, что именно в нём наиболее отчётливо проявляется

корпускулярно-волновой дуализм; энергия фотона и соответствующие

ей частота колебаний и длина волны света связаны следующими со-

отношениями:

ш1 7

7)

7n 0[Гц] = 3 77 010 514 0/ 7l 0[мкм] 7 2

78

7e 4ф 0[эВ] = 1,234/ 7l 0[мкм] 7 2

70

ш0

При известной удельной мощности P плотность фотонного пото-

ка N определяется выражением

N[м 5-2 0с 5-1 0] = 5,035 77 010 512 77l 0[мкм] 77 0P[мкВт 77 0м 5-2 0].

Все светогенерационные эффекты относят либо к тепловому из-

лучению, либо к одному из видов люминесценции. Спектр излучения


- 4 -

нагретого тела определяется формулой Планка, которая для так на-

зываемого абсолютно чёрного тела имеет вид

f( 7l 0,T) = 2 7p7 0h 77 0c 52 77l 5-5 0[ exp(hc/(kT 7l 0)) - 1] 5-1 0,

где h, c, k - известные универсальные константы; T - абсолютная

температура. При достаточно высоких температурах (>2500...3500 К)

часть спектра теплового излучения приходится на видимую область.

При этом, однако, всегда значителен длинноволновый "хвост".

Люминесценция представляет собой излучение, характеризующе-

еся тем, что его мощность превышает интенсивность теплового из-

лучения при данной температуре ("холодное" свечение).

Известно, что электроны в атоме могут находиться в ряде

дискретных энергетических состояний, при тепловом равновесии они

занимают наинизшие уровни. В люминесцирующем веществе за счёт

энергии того или иного внешнего воздействия часть электронов пе-

реходит на более высокие энергетические уровни E 42 0. Возвращение

этих электронов на равновесный уровень E 41 0 сопровождается испус-

канием фотонов с длиной волны, определяемой простым соотношением:

ш1

1,23

7l 0 = ───────────── [мкм]

(E 42 0 - E 41 0)[эВ]

ш0

Физика люминесценции предопределяет две примечательные осо-

бенности процесса: узкий спектр излучения и возможность исполь-

зования большого числа способов возбуждения. В оптоэлектронике

главным образом используются электролюминесценция (пробой и ин-

жекция p-n перехода в полупроводниках), а также фото- и катодо-

люминесценция (бомбардировка люминофора быстрыми электронами).

При распространении световых лучей важную роль играет диф-

ракция, обусловленная волновой природой света и приводящая, в


- 5 -

частности, к тому, что выделенный с помощью оптической системы

параллельный пучок становится расходящимся, причём угол расходи-

мости близок к 7f 4D 0 = 7 l 0/D , где D - апертура (диаметр луча света).

Дифракционный предел разрешающей способности оптических систем

соизмерим с 7 l 0, а плотность записи информации с помощью световых

потоков не может превысить 7 l 5-2 0.

В веществе с показателем преломления n скорость распростра-

нения светового луча становится c/n, а поскольку величина n за-

висит от длины волны (как правило, растёт с уменьшением 7 l 0), то

это обуславливает дисперсию.

1.3. Источники излучения.

Оптоэлектроника базируется на двух основных видах излучате-

лей: лазерах (когерентное излучение) и светоизлучающих диодах

(некогерентное излучение).

В оптоэлектронике находят применение маломощные газовые,

твердотельные и полупроводниковые лазеры. Разрежённость газового

наполнения в рабочем объёме обусловливает высокую степень монох-

роматичности, одномодовость, стабильность частоты, острую на-

правленность и, в конечном счёте, когерентность излучения. В то

же время значительные габариты, низкий к.п.д., прочие недостатки

газоразрядных приборов не позволяют рассматривать этот вид ОКГ

как универсальный оптоэлектронный элемент.

Значительные мощности излучения твердотельных лазеров обус-

лавливают перспективность применения этих генераторов в дально-

действующих волоконнооптических линиях связи.

Наибольший интерес для разнообразных оптоэлектронных приме-


- 6 -

нений представляют полупроводниковые лазеры благодаря высокому

к.п.д., малым габаритам, высокому быстродействию, простоте уп-

равления. Особенно выделяются гетеролазеры на основе тройного

полупроводникового соединения Ga Al As. В их структуре тонкий

слой n-типа проводимости "зажат" между областями n- и p-типов

того же материала, но с большими значениями концентраций алюми-

ния и соответственно этому большими ширинами запрещённой зоны. В

роли резонатора может также выступать поверхностная дифракцион-

ная решётка, выполняющая функцию распределённой оптической об-

ратной связи.

Для оптоэлектроники особый интерес представляют полупровод-

никовые излучатели - инжекционные (светодиоды) и электролюминес-

центные (электролюминофоры). В первых излучение появляется в ре-

зультате рекомбинации дырок с инжектированными через pn-переход

электронами. Чем больше ток через светодиод, тем ярче его высве-

чивание. В зависимости от материала диода и примесей в нём меня-

ется цвет генерируемого излучения: красный, жёлтый, зелёный, си-

ний (соединения галия с фосфором и азотом, кремния с углеродом и

пр., см. табл.1). Светодиоды на основе соединения галия с мышь-

яком генерируют невидимое излучение с длиной волны 0,9...0,92

мкм. На этой длине волны кремниевые фотоприёмники имеют макси-

мальную чувствительность. Для светодиодов характерны малые раз-

меры (0,3 7& 00,3 мм), большие срок службы (до 100 тыс. ч.) и быст-

родействие (10 5-6 0...10 5-9 0 с), низкие рабочие напряжения (1,6...3,5

В) и токи (10...100 мА).

.

- 7 -

ш1.5

Л+

Таблица 1. Основные материалы для светодиодов.

╔════════════╤══════╤══════════╤═════════╤═════════════════╗

║ Полупро- │ 4o 0 5 0│ Цвет │Эффектив-│ Быстродействие, ║

║ водник │ 7l 0,A │ │ность, % │ нс ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaAs │ 9500 │ ИК │ 12; 50 5* 0 │ 10 5-7 0...10 5-6 0 ║

║ │ 9000 │ │ 2 │ 10 5-9 0...10 5-8 0 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaP │ 6900 │ Красный │ 7 │ 10 5-7 0...10 5-6 0 ║

║ │ 5500 │ Зелёный │ 0,7 │ 10 5-7 0...10 5-6 0 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaN │ 5200 │ Зелёный │ 0,01 │ ║

║ │ 4400 │ Голубой │ 0,005 │ ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaAs 41-x 0P 4x 0 │ 6600 │ Красный │ 0,5 │ 3 77 010 5-8 0 ║

║ │ 6100 │ Янтарный │ 0,04 │ 3 77 010 5-8 0 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ Ga 41-x 0Al 4x 0As │ 8000 │ ИК │ 12 │ 10 5-8 0 ║

║ │ 6750 │ Красный │ 1,3 │ 3 77 010 5-8 0 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ │ 6590 │ Красный │ 0,2 │ ║

║ In 41-x 0Ga 4x 0P │ 6170 │ Янтарный │ 0,1 │ ║

║ │ 5700 │ Желто- │ 0,02 │ ║

║ │ │ зелёный │ │ ║

╚════════════╧══════╧══════════╧═════════╧═════════════════╝

ш0

Л-

Излучатели на основе люминофоров представляют собой порош-

ковые или тонкоплёночные конденсаторы, выполненные на стеклянной

прозрачной подложке. Роль диэлектрика выполняет электролюминофор

на основе соединения цинка с серой, который излучает свет под

действием сильного знакопеременного электрического поля. Такие

светящиеся конденсаторы могут изготовляться различных размеров

(от долей сантиметра квадратного до десяти и более квадратных

метров), различной конфигурации, что позволяет изготавливать из


- 8 -

них знако-буквенные индикаторы, отображать различные схемы, кар-

ты, ситуации.

В последнее время для малогабаритных устройств индикации

широко стала использоваться низковольтная катодолюминесценция -

свечение люминофора под действием электронного луча. Такие ис-

точники излучения представляют собой электровакуумную лампу,

анод которой покрыт люминофором, излучающим красный, жёлтый, зе-

лёный, синий свет при попадании на него ускоренных электрическим

полем электронов. Простота конструкции, низкая стоимость, боль-

шие яркости и большой срок службы сделали катодолюминесценцию

удобной для различных применений в оптоэлектронике.

2. СВЕТОДИОДЫ.

Наиболее перспективными источниками излучения для оптоэ-

лектроники являются светодиоды. Такими их делают малые габариты

и масса (излучающие площади 0,2...0,1 мм 52 0 и менее), большой срок

службы, измеряемый годами и даже десятками лет (10 54 0...10 55 0 ч),

высокое быстродействие, не уступающее интегральным схемам

(10 5-9 0...10 5-5 0 с), низкие рабочие напряжения (1,6...2,5 В), малая

потребляемая мощность (20...600 мВт), возможность получения из-

лучения заданного спектрального состава (от синего до красного в

видимой части спектра и ближнего инфракрасного излучения). Они

используются в качестве источника излучения для управления фо-

топриёмниками в оптронах, для представления цифро-буквенной ин-

формации в калькуляторах и дисплеях, для ввода информации в

компьютерах и пр.

Светодиод представляет собой гомо- или гетеро-pn-переход,


- 9 -

прохождение тока через который в прямом направлении сопровожда-

ется генерацией в полупроводнике излучения. Излучение является

следствием инжекционной люминесценции - рекомбинации инжектиро-

ванных через pn-переход эмиттером неосновных носителей тока

(электронов) с основными носителями тока в базе (дырками) (люми-

несценция - испускание света веществом, не требующее для этого

нагрева вещества; инжекционная электролюминесценция означает,

что люминесценция стимулирована электрическим током).

Электролюминесценция может быть вызвана также сильным

электрическим полем, как в случае электролюминесцентных конден-

саторов с диэлектриком из порошка сернистого цинка (предпробой-

ная электролюминесценция Дестрио).

Светодиоды для видимого и ближнего инфракрасного излучения

изготавливаются главным образом из монокристаллов материалов ти-

па A 5III 0B 5V 0: фосфида галия, арсенида галия и более сложных соеди-

нений: GaAs 41-x 0P 4x 0 , Ga 41-x 0Al 4x 0As , где x - доля содержания того или

другого элемента в соединении.

Для получения требуемого цвета свечения материалы сильно

легируются соответствующими примесями или их состав сильно варь-

ируется. Так, для получения красного излучения фосфид галия ле-

гируется цинком и кислородом, для получения зелёного - азотом.

Если в GaAs 41-x 0P 4x 0 x=0,39 , то светодиод излучает красный свет с

7l 0=660 нм, если x=0,5...0,75, то янтарный с 7 l 0=610 нм.

Из простого соотношения, связывающего длину волны излучения

с шириной запрещённой зоны полупроводника, 7 l 0[нм] = 1234/ 7e 0 [эВ]

следует, что видимое излучение с 7 l, 0720 нм можно получить лишь от

широкозонных полупроводников с шириной запрещённой зоны 7 e. 01,72

эВ. У арсенида галия при комнатной температуре 7 e 0=1,38 эВ. Поэто-


- 10 -

му светодиоды из арсенида галия излучают невидимое, инфракрасное

излучение с 7l 0=900 нм. У фосфида галия 7e 0=2,19 эВ. Он может уже

излучать видимый свет с длиной волны 7 l. 0565 нм, что соответствует

желто-зелёному свечению. Как преобразователь электрической энер-

гии в световую, светодиод характеризуется внешней эффективностью

(или к.п.д.).

ш1

число эмиттированных квантов света

7h 0 = ──────────────────────────────────────────

число инжектированных неосновных носителей

ш0

Эффективность светодиодов невелика 7 h, 00,1 (10%). В большинс-

тве случаев она не превышает 0,5...5%. Это обусловлено тем, что

свет трудно вывести из полупроводника наружу. При высоком значе-

нии коэффициентов преломления используемых поводников (для арсе-

нида галия n=3,3 для воздуха - 1) значительная часть рекобинаци-

онного излучения отражается от границы раздела полупровод-

ник-воздух, возвращается в полупроводник и поглощается в нём,

превращаясь в тепло. Поэтому сравнительно невелики средние яр-

кости светодиодов и их выходные мощности: L 4ф 0=10...10 53 0 кд/м 52 0,

I 4ф 0=10 5-1 0...10 52 0 мкд, P 4ф 0=10 5-1 0...10 52 0 МВт. По этим параметрам они ус-

тупают лампочкам накаливания, по остальным - превосходят их.

Светодиод - миниатюрный твердотельный источник света. У не-

го отсутствует отпаянная колба как у лампы накаливания. У него

нет нити накала, а значит отсутствует время разогрева и микро-

фонный эффект. Он более стоек к механическим ударам и вибрациям.

Излучение светодиода весьма близко к монохроматическому в преде-

лах 7 Dl 0=40...100 нм. Это снижает фоновые шумы источника по срав-

нению со случаем применения фильтров для монохроматизации излу-

чения немонохроматического источника.


- 11 -

2.1. Конструкция светодиодов.

В излучателе плоской конструкции (рис.1,а) излучающий пере-

ход выполнен или диффузией, или эпитаксией. Штриховыми линиями

показаны лучи, которые из-за полного внутреннего отражения от

границы раздела не выходят из кристалла. Из кристалла выходят

только те лучи, которые с нормалью составляют угол 7Q, 0arcsin

n 41 0/n 42 0. Для арсенида галия и фосфида галия - это конус с углом у

вершины не более 35 5o 0. Такая конструкция является самой дешёвой и

простой. Однако она наименее эффективна, ей соответствует узкая

диаграмма направленности излучения (рис. 2).

Геометрические размеры полусферической конструкции светоди-

ода (рис. 1,б) таковы, что R 7. 0r 77 0(n 42 0/n 41 0). В этом случае всё излу-

чение попадает на границу раздела под углом, совпадающим с нор-

малью, и полностью выходит наружу. Эффективность полусферической

конструкции - самая высокая. Она примерно в десять раз превышает

эффективность плоской конструкции. Однако она намного дороже и

сложнее в изготовлении.

Плоский кристалл светодиода может быть покрыт каплей эпок-

сидной смолы, выполняющей роль линзы (рис. 1,в). Смола имеет ко-

эффициент преломления промежуточный между воздухом и кристаллом.

Это позволяет несколько увеличить светящуюся поверхность диода.

В последнем случае смола подкрашивается под цвет излучения све-

тодиода. Большинство сигнальных и отображающих светодиодов вы-

полняется такой конструкции.

Принципиальное устройство светодиода показано на рис. 3.

Светодиоды могут изготавливаться и бескорпусными. Тогда их раз-

меры определяются размерами кристалла (0,4 7& 00,4 мм 52 0).


- 12 -

2.2. Свойства светодиодов.

Вольт-амперная характеристика светодиода аналогична

вольт-амперной характеристике кремниевого диода: она имеет круто

возрастающую прямую ветвь. На этом участке динамическое сопро-

тивление мало и не превышает нескольких ом. Обратные напряжения

невелики (3,5...7,5 В). Светодиод не рассчитан на значительные

обратные напряжения и легко может быть пробит, если не принять

соответствующих мер защиты. Если светодиод должен работать от

сети переменного тока, то последовательно с ним включается крем-

ниевый диод, который работает как выпрямляющий вентиль. В стати-

ческом режиме номинальный ток в зависимости от типа светодиода

лежит в пределах от 5...10 мА до 100 мА.

Яркость высвечивания светодиода или мощность излучения

практически линейно зависит от тока через диод в широком диапа-

зоне изменения токов. Исключение составляют красные GaP - свето-

диоды, у которых с ростом тока наступает насыщение яркости

(рис. 4). Это необходимо иметь в виду, когда светодиод использу-

ется в импульсном режиме для получения больших выходных яркостей.

При постоянном токе через светодиод его яркость с ростом

температуры уменьшается. Для красных GaP - светодиодов повышение

температуры по сравнению с комнатной на 20 5o 0 уменьшает их яркость

примерно на 10%, а зелёных - на 6%. С ростом температуры сокра-

щается срок службы светодиодов. Так, если при 25 5o 0C срок службы

хороших светодиодов достигает 100000 ч, то при 100 5o 0C он сокраща-

ется до 1000 ч. Также сокращается срок службы светодиода с уве-

личением его тока. Поэтому завышать ток по сравнению с его мак-

симально допустимым паспортным значением не рекомендуется.


- 13 -

Спектральный состав излучения светодиодов определяется ма-

териалом, из которого они изготовлены, и легирующими примесями.

Сравнительные спектральные характеристики для основных материа-

лов приведены на рис. 5, а в табл. 2 даны основные параметры не-

которых промышленных типов светодиодов.

ш1

Таблица 2. Параметры некоторых типов светодиодов.

╔════════╤══════════╤═════════╤══════════════╤═════════════════╗

║ │ │ │ Входные │ Выходные ║

║ │ │ │ параметры │ параметры ║

║ Тип │ Материал │ Цвет ├───────┬──────┼─────────┬───────╢

║ │ │ 7l 0, нм │ │ │ P, мВт │ L 4v 0, ║

║ │ │ │ I, мА │ U, В │ ─────── │ кд/м 52 0 ║

║ │ │ │ │ │ I 4v 0, мкд │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ102А │ GaP │ ─────── │ 5 │ 3,2 │ ──── │ 5 ║

║ │ │ 700 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ АЛ102Д │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2,8 │ ──── │ 40 ║

║ │ │ 556 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ жёлтый │ │ │ │ ║

║ FLV450 │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 570 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ FLV350 │ GaP │ ─────── │ 20 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 560 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FLV250 │ GaP │ ─────── │ 10 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 3 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FK510 │ GaAsP │ ─────── │ 20 │ 1,6 │ ──── │ ║

║ │ │ 660 │ │ │ 2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ TIL210 │ GaAsP │ ─────── │ 50 │ 1,8 │ │ 2400 ║

║ │ │ 670 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307А │ GaAlAs │ ─────── │ 1 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,15 │ ║

╙────────┴──────────┴─────────┴───────┴──────┴─────────┴───────╜

.

- 14 -

╓────────┬──────────┬─────────┬───────┬──────┬─────────┬───────╖

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307Б │ GaAlAs │ ─────── │ 1 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,6 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 6 │ ║

║ АЛ107А │ GaAs │ 920 │ 100 │ 2 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 1 │ ║

║ ЗЛ103А │ GaAs │ 900 │ 50 │ 1,6 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 2 │ ║

║ TIXL05 │ GaAs │ 900 │ 750 │ 1,8 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 0,05 │ ║

║ TIL01 │ GaAs │ 900 │ 50 │ 1,3 │ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╚════════╧══════════╧═════════╧═══════╧══════╧═════════╧═══════╝

ш0

3. ДВУХЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ.

В рассмотренных до сих пор светодиодах для получения раз-

личного цвета излучения необходимо было использовать различные

полупроводниковые материалы. Однако можно создать монолитные

структуры на основе светодиодов, которые в зависимости от их

включения или соотношения токов в них будут излучать в различных

спектральных областях (рис. 6). Проще всего такие структуры реа-

лизуются на фосфиде галия, который в зависимости от введённых в

него примесей излучает зелёный, жёлтый, и красный цвет. Для это-

го на кристалле фосфида галия создают два pn-перехода, один из

которых излучает красный, а другой зелёный свет. При смешивании

обоих обоих цветов получается жёлтый цвет.

Используя три вывода от структуры, можно отдельно управлять

обеими полупроводниковыми системами. Когда оба основных цвета

(красный и зелёный) излучаются одновременно, человеческий глаз


- 15 -

воспринимает результирующее излучение как жёлтый цвет. Точно так

же путём изменения величины тока, текущего через элементы свето-

диода, удаётся изменять цвет излучения от жёлто-зелёного до

красно-жёлтого оттенка. Одноцветные свечения - красное или зелё-

ное - находятся на краях цветовой шкалы. Когда требуется полу-

чить излучение определённого цветового восприятия, лежащее в

данной цветовой области, необходимо перед кристаллом GaP распо-

ложить соответствующие фильтры, слабо поглощающие красные и зе-

лёные лучи.

Двухцветные светодиоды используются в качестве четырёхпози-

ционных (красный - жёлтый - зелёный - выключенное состояние)

сигнализаторов. Они находят применение в многоцветных буквенных

и цифровых индикаторах, а также в цветоаналоговых сигнализато-

рах. Например, в легковых автомобилях, используя соответствующую

электронику, с их помощью можно контролировть степень зарядки

батареи аккумуляторов. При измерении скорости их можно использо-

вать в качестве оптических индикаторов скорости.

4. ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ.

Для миниатюрных устройств отображения информации широко ис-

пользуются светодиоды на основе арсенида-фосфида галия (GaAsP),

галия-алюминия-арсенида (GaAlAs), а также фосфида галия (GaP).

Все они высвечивают в видимой области спектра, характиризуются

большой яркостью, большим быстродействием и большим сроком

службы.

Для изготовления светодиодов, цифровых и цифро-буквенных

дисплеев из таких материалов используются технологические мето-


- 16 -

ды, широко применяемые в производстве интегральных схем. В зави-

симости от размеров дисплеи на светодиодах изготовляются как по

монолитной,так и по гибридной технологии. В первом случае это

интегральный блок светодиодов, выполненный на одном полупровод-

никовом кристалле. Так как размеры кристалла ограничены, то мо-

нолитные индикаторы - индикаторы малых размеров. Во втором слу-

чае излучающая часть индикатора представляет собой сборку диск-

ретных светодиодов на миниатюрной печатной плате. Гибридный ва-

риант является основным для для средних и больших светодиодных

индикаторов.

Для светодиодных индикаторов разработаны и стандартизованы

схемы управления и согласования на серийных интегральных схемах,

что упрощает их схемотехнику и расширяет области применения.

Размеры рабочего кристалла светодиода малы (400 7& 0400 мкм).

Излучающий кристалл - это светящаяся точка. Для того же, чтобы

хорошо различать символы и цифры, их размеры не должны быть ме-

нее 3 мм. Для увеличения масштаба светоизлучающего кристалла в

дисплее применяют линзы, рефлекторы, фоконы. Размеры знаков - от

3 до 1,5 мм и от 25 до 50 мм, что позволяет визуально контроли-

ровать изображение на расстоянии до 3 и 10 м соответственно.

Индикаторы на светодиодах изготовляются двух типов: сег-

ментные (цифровые) и матричные (универсальные). Семисегментный

индикатор позволяет воспроизводить все десять цифр (и точку) и

некоторые буквы. Матричный индикатор содержит 7 7& 05 светодиодов

(светящихся точек) и позволяет воспроизводить все цифры, буквы и

знаки стандартного кода для обмена информацией.

Оба типа индикаторов могут выполняться как одноразрядными,


- 17 -

так и многоразрядными, что позволяет создавать на их основе сис-

темы отображения различной сложности.

.

- 18 -

Литература.

1. Нососв Ю.Р. Оптоэлектроника. Физические основы, приборы и

устройства. М. 1978.

2. Мадьяри Б. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической авто-

матики. М. 1979.

Оглавление.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ. 1

1.1. Предмет оптоэлектроники. 1

1.2. Генерация света. 3

1.3. Источники излучения. 5

2. СВЕТОДИОДЫ. 8

2.1. Конструкция светодиодов. 11

2.2. Свойства светодиодов. 12

3. ДВУХЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ. 14

4. ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ. 15



Оценить/Добавить комментарий:
Имя:

Оценка:
Неудовлетворительно
Удовлетворительно
Хорошо
Отлично
Комментарии:
Надо схемы!!!
Эрнольд16:07:10 05 июня 2010Оценка: 5 - Отлично
Вот по всему ин-нету искал, но только здесь все рассмотрено и расскрыто ! Спасибо !
amiDMast23:16:48 05 февраля 2009Оценка: 5 - Отлично

Работы, похожие на Реферат: Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры

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(60047)
Комментарии (996)
Copyright © 2005-2014 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru