Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 85

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 85)

электриче­ского поля, объемных зарядов и светимости областей газо­вого разряда.5.6.Индикаторные тиратроны.Плазменныепанелииихразнови~ности,устройствоипринцип функционирования.7.Плазменные панели на переменном и постоянном токе, фи­зические процессы, параметры, характеристики.8. Приборы дугового разряда.9. Каковы особенности устройства,процессов и характеристикэлектровакуумных и·электролюминесцентных индикаторов?10.Электрохромные и электрофоретические индикаторы, прин­цип устройства и функционирования, достоинства и недос­татки.11.Жидкокристаллическиеиндикаторы:классификация,принцип устройства и функционирования ЖКИ различныхтипов, их параметры и характеристики.Глада16ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ16.1.

ОбщиеОптоэлектроника-сведенияобласть науки и техники, где процессы взаи­модействия оптического излучения с веществом и оптическоеизлучение вещества используются для изучения фундаменталь-Глава16.451Оптоэлектронные приборыных свойств материи, а также для создания лриборов, переда­чи, приема, переработки, хранения и отображения информациина основе взаимного преобразоваяия электрических и оптиче­ских сигналов.Оптический диапазон спектра включает электромагнитныеволны длиной от1 мм до 1 нм. Этот интервал, определенный Меж­дународной комиссией по освещению, достаточно условен.

Частодлинноволновую область оптического диапазона (Л. ~1 ... О, 1 мм)=относят к радиоволнам СВЧ-диапазона, а коротковолновую (Л.= 80" .1 нм) -к мягкому рентгеновскому излучению, а оптиче­ский диапазон разбивается на три поддиапазона: инфракрасный(ИК; Л. =О, 78 ... 1000 мкм), видимый (Л.фиолетовый (УФ; Л. == 0,38 ... О, 78 мкм) и ультра­0,001".0,38 мкм).Широкое освоение оптического диапазона определяется рядомпринципиальных преимуществ световых волн по сравнению с ра­диоволнами:1)большей информационной емкостью оптической связи,что обусловлено значительно более высокой частотой све­товых волн (в видимом участке спектра f ~ 10 15 Гц; для пе­редачи обычного телевизионного изображения необходи­ма полоса частот Лf =6 МГц,вом диапазонах можнопоэтому в УКВ и дециметро­разместить донесколькихсотентелевизионных каналов; в оптическом диапазоне это чис­ло возрастает до сотен миллионов и более);2)высокой .направленностью излучения из-за малого отно­шения длины волны к размерам апертуры излучателя;3)возможностью реализации идеальной гальванической раз­вязки входа и выхода, однонаправленностью потока инфор­мации, высокой помехозащищенностью, исключением вза­имных наводок и паразитных связей между различнымиэлементами схемы (все это достигается за счет того, чтофотоны являются электрически нейтральными частица­ми, которые не взаимодействуют между собой и с внеш­ним электрическим и магнитным полями);4)высокой плотностью записи информации в оптических за­поминающих устройствах, что открывает новые перспек­тивы для построения ЭВМ последующих поколений.Для реализации этих преимуществ необходимы прежде всегооптоэлектронные приборы, имеющие соответствующие характе­ристики.

Оптоэлекrронные приборы-это устройства, в которыхосновные процессы происходят с участием фотонов. В зависимое15'Раздел4524. ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИти от особенностей протекающих процессов все оптоэлектрон­ные приборы можно разделить на три группы:1)светоизлучатели, преобразующие электрическую энергию воптическое излучение (светодиоды, полупроводниковыелазеры, люминесцентные конденсаторы);2)фотоприемники (фотодетекторы), которые преобразуют опти­ческое излучение в электрические информационные сигна­лы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и т. д.);3) со;,нечные преобразователи, преобразующие оптическое из­лучение в электрическую энергию (солнечные батареи,фотовольтаические приборы).Помимо указанных приборов, в различных областях науки итехникиширокоиспользуютсяоптоэлектронные пары-полу­проводниковые приборы, состоящие из светоизлучающего и фо­топриемногоэлементов,междукоторымисуществуетоптиче­ская связь по оптическому каналу, обеспечивающему электри­ческую изол~цию между входом и выходом.

Светоизлучатель,фотоприемник и оптический канал, реализующий гальваниче­скую развязку между входом и выходом, конструктивно объ­единены в одном корпусе.16.2. Оптические явленияв полупроводникахВ этом параграфе описаны физические явления, лежащие воснове работы оптоэлектронных полупроводниковых приборов.Работа как отдельных элементов, так и оптоэлектронных сис­тем в целом построена на основе использования различных оп­тичесRих явлений в твердых телах.Поглощение света.

Результат взаимодействия света с вещест­вом часто оценивают с помощью коэффициентов отражения (R),поглощения (а) и пропускания (Т):R = Joтp/Io; Т = Iпp!Io; al = Iпоглf Iо,гдеI отр• I пр' I погл• I 0-соответственно интенсивность отражен­ного, прошедшего, поглощенного и падающе~ю на вещество све­та;10l -расстояние, на котором интенсивность падающего светаослабляется веществом в е раз.Коэффициент поглощения а (интегральный) обычно измеря­ется в см- 1 • Он определяет долю поглощенной веществом энер­гии из светового пучка во всем спектральном диапазоне в слоеГлава16,Оптоэлектронные приборы453tасьgfЕлЛЕЗh33е-Е.t~~13П /-1(32~в3 54Рис.толщиной (длиной)l=1 см.16.1Зависимость спектрального коэф­фициента поглощения от частоты падающего на вещество светаа(v) или от длины волны а(Л) называют спектром поглощения .. Зависимость R(v) или R(Л) называют спектром отражения.На микроскопическом (квантовом) уровне процессы поглоще­ния и излучения энергии веществом определяются переходамичастиц (атомов, молекул) из одного энергетического состояния вдругое, при этом происходит изменение энергетического состоя­ния свободных и связанных с атомами электронов или :измене­ние колебательной и вращательной энергии атомов в молекулах.Различают пять основных типов оптического поглощения вполупроводниках:1) собственное, 2) примесное, 3) экситонное,4) поглощение свободными носителями заряда, 5) решеточное.На р:ис.16.1схематически представлены основные оптиче­ские переходы в полупроводнике, связанные с указанными ти­пами поглощений оптического излучения.Рассмотрим кратко физические механизмы каждого видапоглощения.Собственное,илипоглощения (а ~фундаментальное,104 ••• 108 см- 1 )поглощение.Этотвидсвязан с возбуждением поддействием падающего излучения электронов и переходом :ихизвалентнойзонывзонупереходы отмечены на рис.проводимости.16.1позицией1.СоответствующиеВероятность этихпереходов (а следовательно, и обратных переходов, сопровож­даемых оптическим излучением) зависит от строения энергети-Раздел4544.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИческих зон полупроводников, которые можно разделить на двегруппы.

В первой из них минимуму энергии в зоне проводимос­ти соответствует импульс Рмин• а максимуму энергии в валентнойзоне-импульс Рмакс' причем Рмин = Рмакс• т. е. экстремумы зо­ны проводимости и валентной зоны в пространстве импульсов(Или волновых чисел) совпадают. 'У второй группы полупровод­ников экстремумы зоны проводимости и валентной зоны нахо­дятся при различных Р (см. рис.3.17), т.е. Рмакс - Рмин=Лр ~О.В качестве примера полупроводников первой группы можнопривести антимонид индия и.

арсенид галлия, а второй-крем­ний и германий.Для полупроводников первой группы переходы электроновчерез запрещенную зону с наибольшей вероятностью происходятмежду энергетическими состояниями, соответствующими зна-че­-ниям ЛрО; такие переходы называются прямыми. Для прямыхпереходов поглощение :квантов с энергией, меньшей ширины за­црещенной зоны, не происходит, поэтому спектр собственногопоглощения со стороны длинных волн (или малых энергий) дол­жен резко обрываться (пунктирные кривые на рис.16.2).Это такназываемая красная (Длинноволновая) rраница 8нутреннеrо фотоэф­фекта, соответствующая длине волны А = ~р· Для полупроводни­ков второй I'руппы экстремумы зоны проводимости и валентнойзоны находятся при различныхр, т.

е. Лр ~О. В этом случае ре­ализуются непрямые переходы. Вероятность таких переходов мно­го меньше вероятности прямых переходов. Непрямые переходыосуществляются с испусканием или поглощением фононов (акус­тических квантов колебаний кристаллической решетки). Эти переходы определяют поглощение ва, см- 11,240,62v1106Ge104А., мкм.t:.-);?;; )11/Ysi110 20,31/J1,//;10°0,6 1;,11;:::::. GaAsложена у длинноволновой границысобственного поглощения, обуслов­ленного прямыми переходами.

Например, пороговое значение энер­гии фотонов в германии, соответ­ствующеекраснойнепрямыхпереходов,0,64 эВ,ских'J .,Рис.той части спектра, которая распо­адляпереходовграницепрямыхонобольше и составляет2 3 4 5 hv, эВ16.2рис.16.2длясоставляетоптиче­существенно0,81эВ. Напредставлен спектр соб-ственного поглощения чистых по-Глава16.Оптоэлектронные приборы455лупроводников. Пунктирные кривые, как отмечено выше, соот­ветствуют прямым переходам, а сплошные-непрямым.

Длядлинных волн, находящихся за пределами красной границы,поглощение крайне мало. -Уменьшение а дл.я коротких волн(коротковолновая граница фотоэффекта) обусловлено тем, что вэтой области спектра коэффициент поглощения а очень велик(> 105 см- 1 )и излучение поглощаете.я в тонком приповерхност­ном слое, где времена рекомбинации малы, т. е. фотоносите­ли рекомбинируют раньше, чем они могут уйти из поверхност­ного ело.я.Примесное поглощение. Этот вид поглощения (а -10 ... 103 см-1)связан с ионизацией или возбуждением примесных атомов поддействием падающего света.В этом случае переходы элек­тронов соответствуют позиции2на рис.16.1.С увеличениемконцентрации донорных примесей в полупроводниках уровеньФерми поднимаете.я вверх и в вырожденном полупроводникепстипа располагаете.я выше дна зоны проводимости.

Характеристики

Список файлов книги