Материал: Конспект

напрямку, що і викликало його випромінювання, в одній і тій же фазі і з однаковою поляризацією. Індуковане випромінювання є когерентним.

•На практиці найбільшого поширення набула електролюмінесценція. На основі цього явища працюють випромінювачі, тобто прилади, що перетворюють електричну енергію збудження в енергію оптичного випромінювання заданого спектрального складу і просторового розподілу. Когерентні - інжекційні лазери і некогерентні -

світловипромінюючі діоди.

•Специфічні вимоги до світловипромінюючих діодів: робота у видимому діапазоні

400 ... 700 нм, висока яскравість, визначають вимоги до напівпровідникових матеріалів для їх виготовлення. Міжзонна рекомбінація найбільш імовірна в прямозонних напівпровідниках, типовими представниками яких є GaAs, InAs, InSb, GaSb, більшість сполук А2В6 (ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, CdSe), а також ряд інших бінарних сполук - PbS, PbSe, PbTe.

• Спектральний склад оптичного випромінювання визначається шириною

забороненої зони в прямозонних напівпровідниках і енергетичним рівнем пасток в непрямозонних.

збільшення густини струму, що відбувається електричний пробій напівпровідника.

ФОТОРЕЗИСТИВНИЙ ЕФЕКТ

•Фоторезистивний ефект - це зміна електричного опору напівпровідника,

обумовлене виключно дією оптичного випромінювання і не пов'язане з його нагріванням.

•Для виникнення фоторезистивного ефекту необхідно, щоб у напівпровіднику відбувалося або власне поглинання оптичного випромінювання з утворенням нових пар носіїв заряду, або домішкове поглинання з утворенням носіїв одного знака. В

результаті збільшення концентрації носіїв заряду зменшується опір напівпровідника.

•Надлишкову концентрацію носіїв заряду, наприклад, електронів можна визначити

наступним чином

n = (1-R) αη NФτ,

де R - коефіцієнт відбиття фотонів від напівпровідника, α - показник поглинання, η - квантова ефективність генерації,

NФ - кількість фотонів, що падають на одиничну поверхню в одиницю часу, τ - час життя нерівноважних носіїв заряду.

Розподіл випромінювачів і фотоприймачів в оптичному діапазоні спектру

ОПТОЕЛЕКТРОНІКА

•Електронні пристрої та системи, в яких використовують разом із традиційними електричними ефектами неелектричні, лежать в основі нового напряму в електроніці –

оптоелектроніки.

•Оптоелектроніка – це галузь електроніки, в якій вивчаються як оптичні, так і електронні явища в кристалах, а також розглядаються питання перетворення оптичних сигналів у електричні та навпаки.

•У широкому сенсі оптоелектронний пристрій це прилад, що випромінює або перетворює електромагнітне випромінювання у видимій, інфрачервоної (ІК) або ультрафіолетової (УФ) областях спектру, або використовує подібне випромінювання для внутрішньої взаємодії його елементів.

•Оптоелектронні напівпровідникові прилади (ОПП) ділять на випромінювачі, приймачі випромінювання, оптопари і оптоелектронні ІМС (табл. 1).

Перераховані вище групи приладів здійснюють генерацію, перетворення, передачу і збереження інформації. Носіями

інформації в оптоелектроніці є нейтральні в електричному розумінні частинки - фотони,

які не чуттєві до впливу електричних і електромагнітних полів, не взаємодіють між собою і створюють односпрямовану передачу сигналу, що забезпечує високу перешкодозахищеність і гальванічну розв'язку вхідних і вихідних електричних кіл.

НАПІВПРОВІДНИКИ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

СВІТЛОДІОДИ

•Напівпровідниковий випромінювальний діод (світлодіод) – це напівпровідниковий прилад з одним або кількома електричними переходами, призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію некогерентного світлового випромінювання.

•Відповідно до ГОСТ 10862-72 першим елементом позначення світлодіодів є

буква або цифра, що означає матеріал виготовлення (А(1) - арсенід галію), другим елементом є буква “Л”.

Значення третього елемента позначення світлодіодів такі: 1 – діод інфрачервоного діапазону; 2 – оптичного діапазону;

3– діод з яскравістю свічення менше 500 Кд/м2;

4– з яскравістю, більшою 500 Кд/м2.

Четвертий, п’ятий і шостий елементи позначення такі самі, як у звичайних діодів.

• Основний фізичний процес, що забезпечує роботу світлодіодів – це випроміню-

вальна рекомбінація у базі, ймовірність якої зростає при підвищенні концентрації неосновних нерівноважних носіїв, тобто при прямому ввімкнені – переходу. Ця рекомбі-

нація, на відміну від невипромінювальної, супроводжується виділенням енергії у вигляді квантів світла. Для виготовлення світлодіодів застосовують матеріали з малою ймовірністю невипромінювальної рекомбінації (наприклад, сполуки InSb, GaSb, GaAs, GaP, InP, SiC тощо). Свічення збуджується в інфрачервоному і видимому діапазонах за допомогою змінного або постійного струму при напрузі U>Uпор, де Uпор UК (порогова напруга дорівнює контактній різниці потенціалів). Будова світлодіоду показана на рис. 1. Для підвищення ККД (зменшення відбиття) випромінювальна поверхня виконується у формі напівсфери. Яскравість свічення майже лінійно залежить від струму через світлодіод (рис. 2).

Будова світлодіода

1- металеві контакти;

2- n-область; 3 – світловипромінюючий р-n- перехід; 4 - р-область;

5- світловий потік

Яскравостна

характеристика

світлодіода

•Колір свічення світлодіоду залежить від матеріалу з якого він виготовлений

(ширини забороненої зони, природи центрів рекомбінації тощо). Чим більша ширина забороненої зони матеріалу, тим менша довжина хвилі світлового випромінювання.

Так, двокомпонентні напівпровідникові матеріали GaAs і GaP дають червоне свічення,

карбід кремнію SiC – червоно-помаранчове або жовте. Суміш GaP та InP – жовте або жовто-зелене свічення. Використовуються світлодіоди з перестроюваним кольором свічення (рис. 1), які мають два – переходи, утворені різними vматеріалами (легуючими домішками). Це забезпечує генерування одним переходом зеленого світла, а іншим – червоного. Регулюванням струмів через переходи можна змінювати інтенсивність кожного з кольорів, а отже і сумарний колір свічення.

•Світлодіоди широко використовуються ї в різноманітних електронних пристроях. Перевагою інжекційних світлодіодів є – яскраве і чисте свічення, зручність керування, економність, довговічність тощо.

•Крім точкових світлодіодів, у напівпровідникових індикаторах застосовують дві основні конфігурації висвічуваних елементів: семисегментну та матричну (рис.2). Сегментна конфігурація складається із 7 прямокутних напівпровідникових пластин, елементарні ділянки яких являють собою світлодіоди. Така конфігурація дозволяє відтворювати усі десять цифр і кілька букв. Матрична конфігурація складається з

комірок, кожна з яких має 36 (7 5+1) точок і дозволяє відтворювати усі цифри, букви, знаки стандартного коду для обміну інформацією.

Структура світлодіода з кольором свічення, що перелаштовується

Варіанти елементів, що висвічуються за допомогою світлодіодів:

а) семисегментна конфігурація; б) – матрична конфігурація

ПАРАМЕТРИ СВІТЛОДІОДІВ

•Світлодіод - низьковольтний прилад. Звичайний світлодіоди, що застосовуються для індикації, споживають від 2 до 4 В постійної напруги при струмі до 50 мА. Світлодіоди, які використовуються для освітлення, споживають таку ж напругу, але струм є вищим - від декількох сотень мА до 1 А. В світлодіодному модулі окремі світлодіоди можуть бути включені послідовно і сумарна напруга виявляється більш високою (зазвичай 12 або 24 В). При підключенні світлодіода необхідно дотримуватись полярності, інакше прилад може вийти з ладу. Напруга пробою вказується виробником і звичайно становить більше 5 В для одного світлодіода. Яскравість світлодіода характеризується світловим потоком і осьовою силою світла, а також діаграмою спрямованості. Існують світлодіоди різних конструкцій, що випромінюють в тілесному вуглі від 40-1400. Колір, світла, що випромінюється, визначається координатами кольоровості і колірною температурою, а також довжиною хвилі випромінювання. Для порівняння ефективності світлодіодів між собою та з іншими джерелами світла використовується світловіддача: величина світлового потоку на один ват електричної потужності. Також цікавою маркетингової характеристикою виявляється ціна одного люмена.

•В робочих режимах струм світлодіода експоненціально залежить від напруги і незначні зміни напруги приводять до великих змін струму. Оскільки світловий вихід прямо пропорційний струму, то і яскравість світлодіода виявляється нестабільною. Тому струм необхідно стабілізувати. Крім того, якщо струм перевищить допустиму межу, то перегрів світлодіода може привести до його прискореного старіння. Саме тому

послідовно з світлодіодом включають конвертор (driver). Для світлодіода він те саме,

що баласт для лампи. Він стабілізує струм, що протікає через світлодіод.