Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Однако зиачительиая часть актов рекомбииации может заканчиваться выделеиием эиергии в виде элемеитариых квантов тепловых колебаний— фоиоиов. Такие переходы электронов между энергетическими уровиями иазывают безызлучательиыми. Соотиошеиие между излучательиыми и безызлучательиыми переходами зависит от ряда причин, в частности от структуры энергетических зои полупроводника, иаличия примесей, которые могут увеличивать или уменьшать вероятиость излучательвых переходов.
Из освоенных в иастоящее время полупроводииковых материалов иаилучшими с точки зрения внутреннего квантового выхода являются соедииеиия ОаАз| „Р„при к = 0...0,45. Ширина запрещенной зоиы этих соедииеиий увеличивается от 1,424 при к=0 до 1,977 эВ при к = 0,45.
В полупроводииковых излучателях из арсеиида галлия, т. е. при х = 0 в указанной системе соедииеиий, виутреииий квавтовый выход достигает значений, близких к !00%. При использо. ваиии других полупроводииковых материалов внутренний квавто. вый выход составляет ииогда только единицы процентов, ио и при таких значениях излучение оказывается достаточным для практического использоваиия. Коиструкция и техиология изготовлеиия Даже при высоком виутреиием квантовом выходе внешний квантовый выход полупроводниковых излучателей оказывается зиачительио меньшим из-за поглощения фотонов в полупроводнике до выхода их в окружающее пространство и из-за потерь при полном внутреннем отражении фотонов, падающих иа границу л бтиекли или д л ллаеяэик И дэ' а) Рис, 9.3, Структуры некотерентных полупроаодиикоаых иэлуча- телей.
и — плоская нланарная. б — оолусфсрнчсская, а — плоснан планар ная с проэрачным полусферическим покрытием збл раздела полупроводиика и окружающей атмосферы под углом, превышающим критический угол полиого виутреииего отражеиия р„,= агс з!п(1/и,), где и, — коэффициеит преломлеиия полупроводиика. Обычио чр„,(17'. Таким образом, йз полупроводиикового излучателя, имеющего простейшую плоскую структуру (рис. 9.3, а), в окружающее простраиство выходит только часть фотонов, возиикших в выпрямляющем электрическом переходе или вблизи него.
Виешиий квантовый выход удается увеличить при использоваиии более сложных коиструкций полупроводииковых излучателей со структурой в виде полусферического кристалла полупроводника (рис. 9.3, б) или плоской структуры с прозрачным полусферическим покрытием (рис. 9.3, в). В полупроводииковых излучателях с полусферической структурой для всей поверхности угол падения фотонов оказывается меньше критического угла полиого внутреннего отражеиия при большом отиошеиии радиусов Я и г (рис.
9.3, б), т. е. при )7/и) и,/л„а, где и, и л„р — коэффициеиты преломлеиия электромагиитиого излучения в полупроводнике и среде, окружающей полупроводииковый излучатель (п„а = 1 для воздуха). Однако в полупроводниковых излучателях с полусферической структурой несколько возрастают потери фотонов в результате поглощеиия, так как увеличивается длина их пути от места возиикиовеиия до поверхности кристалла. Все полупроводииковые излучатели с полусферической структурой имеют виешиий квантовый выход иа порядок выше, чем у излучателей с плоской коиструкцией.
Значительно проще технология изготовления полупроводииковых излучателей с прозрачным полусферическим (или параболическим) покрытием из различиых пластических материалов с высоким коэффициентом преломления для увеличеиия критического угла полного внутреннего отражения в полупроводиике. Основным методом формироваиия р-и-переходов и гетеропереходов при создании полупроводниковых излучателей иа основе арсеиида галлия ОаАз, фосфида галлии ОаР, твердых растворов этих соединений ОаАз~,Р, и других соединений типа А'иВ" является метод эпитаксиальиого наращивания.
Обычно это жидкофазиая эпитаксия, иногда — эпитаксия из газовой фазы. Для формирования р-л-переходов в карбиде кремния 5)С используют метод диффузии примесей, а иногда и метод эпитаксиальиого наращивания. Одной из иитересиых особенностей карбида кремиия является его политипизм, т. е. существоваиие нескольких кристаллических модификаций, отличающихся, в частности, шириной запрещенной зоны.
Высокая физико-химическая стабильность карбида кремния и относительно малые коэффициеиты диффузии примесей в ием создают предпосылки для изготовлеиия высокостабильиых полупроводниковых излучателей Збб на основе этого материала. Однако технология изготовления монокристаллов карбида кремния и технология формирования выпрямляющих электрических переходов в этих монокристаллах отличаются сложностью. Кроме того, в полупронодниковых излучателях нз карбида кремния не удается получить высокий квантовый выход. Большой интерес для изготовления полупроводниковых излучателей представляет нитрид галлия ОаХ, имеющий наибольшую ширину запрещенной зоны (АЭ= 3,Ь эВ) среди соединений типа АшВ», освоенных в технологическом отношении.
Энергии фотонов, которые могут быть возбуждены в этом материале, перекрывают всю видимую область спектра. Однако независимо от метода получения и легирования нитрид галлия обладает только электропроводиостью и-типа. Поэтому для получения излучения при рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном случае надо создать выпрямляющий электрический переход в виде перехода Шотки на контакте металла с нитридом галлия. Сопоставление эффективности люминесценции различных материалов дз показывает, что квантовый выход растет с увеличением длины волны. Поэтому, если зрительное восприятие информации не является обязательным, предпочтение следует отдать инфракрасным излучательным диодам на основе арсенида галлия.
Полупроводниковые приборы отображения информации в зависимости от структуры, конструкции и, конечно, назначения могут быть разделены на светоизлучаюшие диоды, полупроводниковые знаковые индикаторы, шкалы н экраны (см. рис. 9.2). Свстензлучающнй днод (СИД) — зто полунроводннкевый прнбор отображсння ннфермацнн, препстзелнющнй собой днед. Рнс. 9.4. Конструкция одно разрядного знакового нндн кагора (цнфрового ннднка тора) Таким образом, в структуре светоизлучаюшего диода есть только одни выпрямляющий электрический переход (рис. 9.3) или один полупроводниковый излучающий элемент.
Пелувреводвнковмй нзлучвющнй элемент — часть полупроводнккового прнбора отображсння ннфермацнн, сосгевщая нз нзлучающей поверхностн н контактов для подключсння к элептрнчссвой схеме. Пелуяроводннковый знаковый ннднкатор — это полупреводннковый прнбор оте- бражсння нпформацнн, сестеящнй нз пелупроводннковых нзлучающнх элементов, пр«дназнвченный для нрсдставлення ннформацнн в вндс знаков н организован- ный в един нлн несколько разрядов. Пример конструкции одноразрядного знакового индикатора показан иа рис. 9.4. Структура этого знакового индикатора сос- Зз' тоит из семи излучающих элементов и децимальной точки, т.
е. восьми р-и-переходов в одном монокристалле полупроводника, излучающих свет при прохождении тока в прямом направлении. Различные комбинации излучающих элементов, обеспечиваемые внешней коммутацией, позволяют воспроизвести цифры от 0 до 9 и децимальную точку, Нолупроводннковвя шкала — зто волупреводннковый прнбор отобрвження впформацнн, состоящнй нз нолупроводннковых нзлучающнх аэемснтов, предназвачснный длв прсдставлення аналоговей внформацкн. Структура полупроводниковой шкалы может представлять сабом либо несколько светоизлучающих диодов, расположенных вдоль одной линии, либо несколько р-а-переходов, также расположенных по одной линии на общей подложке.
+р рг Еше одной разновидностью структуры полупроводниковой шкалы явля- ю ется структура с управляемой геомет- р рией светящегося поля (рис. 9.6) . р Область с электропроводностью и-типа низкоомна и поэтому является практически эквипотенциальной. Область с электропроводностью р-типа о рэ р б) д )в 11„"ьУ' 1 сравнительно высокоомна и поэтому при приложении внешних напряжеНнй К ЭЛЕКтрОдаМ НЕ будст ЭКВИПО- рнс. 9д. Структура полупротенциальной. Распределение потеи- воднпковой шкалы с управляецнала в р-области зависит от напря- мой гсометрнсй сзстянгсгося жЕНИЯ, ПОДаИНОГО На УПРаВЛЯЮШНЙ нцяалз вд ь слаб егнр поля (а) н распределеннс по- электрод (рис. 9.5, б). Соответственно ванной р-областн прн разных от поданного на управляющий элект- ~оках через управляющий род напряжения зависит и размер электрод (б) светящегося поля полупроводниковой шкалы.
Такие полупроводниковые шкалы могут быть использованы в качестве индикаторов настройки транзисторных приемников, для записи аналоговой информации иа фотопленку, в качестве шкалы различных измерительных приборов и для других целей. Полупроводннкевый экран — это полупроводпнховый прнбор отобрвження ннформлцнн, состоящий нз нэлучающнх элементов, расположенных вдоль одной лнннн, н содержащей л строк нзлучающнх элементов, предназначенный для нспользованнп в устройствах отображспня аналоговой н цифровой внформацнн. Примером полупроводникового экрана могут служить полупроводниковые приборы отображения информации АЛ306А...
АЛЗ06И, выпускаемые, однако, как знаковые индикаторы. Оии состоят из 36 дискретных светоизлучаюших диодов, соединенных в матрицу (семь строк по пять диодов и один диод отдельно) с перекрестной коммутацией и позволяющих воспроизводить цифры н буквы. 367 Основные характеристики и параметры Яркость излучения. Яркость излучения является параметром полупроводниковых приборов отображения информации. Единицей япэкости в системе СИ служит кандела на квадратный метр (кд/м ) — яркость источника излучения, каждый квадратный метр излучающей поверхности которого имеет в данном направленин силу света, равную одной канделе. Следует отметить, что световые измерения, строго го- воря, не вполне объективны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
