Гусев - Электроника (944138), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Примеси подобраны так, что один р-л-переход излучает свет красного, а другой — зеленого цвета. При их смешивании получается желтый цвет. В структуре имеется три (1, 2, 3) вывода„что позволяет через каждый р-я-переход пропускать свое значение тока (рис, 3.8, 6). Изменяя токи переходов удается менять цвет излучения от желто- зеленого до красно-желтого оттенка, а также получать чистые красный и зеленый цвета.
Промышленностью выпускается аналогичный светодиод типа ЗЛСЗЗ! (АЛС331А). у которого токи переходов могут меняться до 20 мА. Сила света при /пи=10 мА равна 0,25 мкд, постоянное прямое напряжение 3 В. б) Основные параметры и характеристики светодиодов !аз 1. Сила света 1н — .световой поток, приходящийся на единицу .телесного у|па в заданном направлении: выражается в канделах (кд) (обычно 0,1 "- 10 мкд) 2. Цвет свечения или длина волны излучения. 3. Постоянное прямое напряжение - падение напряжения при заданном |оке (2 - 4 В). 4. Угол излучения х плоский угол, в пределах которого сила света составляе| не менее половины ее максимального значения. 5. Характеристики зависимосгей: силы света от тока; спектральной плотности излучения 1,,(Л)!1,.
().)„,,„от длины волны: постоянного прямого тока от постоянного прямого напряжения и др. Для получения повышенной мощности излучения применяют суперлгоминесцентныс диоды, занимающие промежуточное положение между чнжекционными светодиодами и полупроводниковыми лазерами. Они обычно представляют собой конструкпии. работающие на том участке ватт-амперной характеристики, на котором наблюдается оптическое усиление (стимулированное излучение). Этот участок характеризуется тем, что внешний квантовый выход на нем существенно больше, чем у обычно~о светодиода.
Суперлюминесцентные диоды имеют уменьшенную спектральную ширину полосы изпучения и треоуют для работы болыпих плотностей тока (при мощности излучения 60 мВт плотность тока 3 кА~см'). Их применяют при работе с волоконно-оптическими линичми связи. В ряде случаев в качестве управляемых источников света применяют инжекционныс лазеры. Они отличаются ог светодиодов тем, что излучение сконцентрировано в узкой спектральной области и является когеренгным. Лазеры имеют относительно высокий КПД и большое быстродействие. При когерентном излучении все частицы излучают согласованно (вынужденное стимулированное излучение) и синфазно с колебаниями, установившимися в резонаторе.
Для обычных светодиодов характерны спонтанное излучение, складывающееся из волн, посылаемых различными частицами независимо друг от друга, и хаотическое изменение амплитуды и фазы суммарной электромагнитной волны. Стимулированное излучение возникает при высокой концентрации инжектированных в полупроводник носителей заряда и наличии оптического резонатора.
Поэтому обьем зоны, где происходит излучательная рекомбинация, в полупроводниковых лазерах ограничивают с помощью конструктивных и технологических мер (площадь поперечного сечения 0,5..2 мкм', протяженность зоны 300 — 500 мкм) и эту активную область выполняют из материала с другим показателем преломления, чем у окружающей ее среды.
В итоге получается световод, торцы которого ограничены с обеих сторон зеркальными гранями (полупрозрачными зеркалами, получающимися при сколе кристалла). Он выполняет роль резонатора. При токе инжекции, меныпем порогового значения 1„„. наблюдаегся спонтанное излучение, как и в обычном светодиоде.
При увеличении ~ ока до 1„, (1,„р > 50 —. 150 мА) и вьппе возникает стимулированное излучение й наблюдается резкое увеличение выходной оптической мощности, например с 5 мкВг мА, характерной для спонтанного излучения, до 200 мкВт мА. благодаря заму что фотоны, появивп(иеся газ в процессе рекомбинаций, многократно проходят через световод, отражаясь от зеркальных граней, прежде чем им удается выйти за пределы кристалла через полупрозрачное зеркало, наблюдается монохроматичность и когерентность излучения. Из-за дифракционных явлений в резонаторе сечение светового луча имеет эллипсоидную форму.
Угол расхопимости светового пучка около 20 — 50 . Полупроводниковые лазеры широко применяются при создании световодных линий связи большой проз яженности и в измерительных устройствах различного назначения. Система обозначений светодиодов аналогична обозначениям обычных лиолов, только вместо буквы Д используют Л, например АЛ302В. в 3.3. ФОТОПРИЕМНИКИ Фотоприемники предназначены лля преобразования светового излучения в электрические сигналы. Так как функциональные возможности электролюминесцентных источников света ограничены, то многообразие возможных характеристик оптронов реализуется за счет фотоприемников. В качестве фотоприемников могут быть использованы фоторсзисторы, фотодиоды, фототиристоры и т. д. При подборе фотоизлучателей и фотоприемников необходимо согласовывать их спектральные характеристики.
В противном случае вследствие несовершенства существующих источников света достаточно сложно получить удовлетворительные результаты. Фотоэлектрические явления, на основе которых строятся фотоприемники, можно разделить па три основных вида: 1) изменение электропроводности вещества при его освещении — виутренниа фотоэффект; 2) возникновение ЭДС на границе двух материалов под действием света — фотоэффект в эапираюагем слое (используют в полупроводниковых фотоэлементах); 3) непускание веществом электронов под действием света внешний фатоэффект (используют в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах). Фоторезисторы. В фоторезисторах используется явление изменения сопротивления вещества под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения.
Основным элементом их является полупроводниковая пластина, сопротивление которой при освещении изменяется. Механизм возникновения фотопроводимости можно обьяснить следующим образом. В затемненном полупроводнике в результате воздействия тепловой энергии имеется неболыпое количество подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Соответственно полупроводник обладает начальной проводимостью о, которая носит название темновой: оо = Ч (ло рп + до ру) пи где д-- заряд электрода; и, рв — концентрация подвижных носителей заряда в полупроводнике в равновесном состоянии. Под действием света концентрация подвижных носителей заряда увеличивается, причем возможны различные механизмы их генерации.
Возрастание концентрации дырок и электронов может происходить за счет того, что кванты электро.иагнитпого излучения возбуждают электроны и переводят йк из валенгпоой зоны в зону проводимости. Кроме того, они могут вызвать переход электронов из валентной зоны на примесные уровни и увеличение только дырочной электропроводносги или переход электронов с примесных уровней в зону проволимости и увеличение электронной электропроводности. Таким образом, в полупроводнике при облучении светом концентрация подвижных носителей заряда увеличивается на величину Лп и Лр и проводимость его резко возрастает: О=ЧИ%„+Л~)й„+(р +Лр~а. (3.2) Изменение электропроводности полупроводника под действием света и есть его фотопроводимостгс сг, =о — об=у(Лпр„+Лр)э,).
(3 3) Меняя яркость освещения, изменяют фотопроводимость полупроводника. При включении потока облучающего света интенсивность процесса генерации носителей заряда не сразу достигает стационарного значения, соответствующего интенсивности падающего излучения, а нарастает со временем по экспоненциальному закону Лп(г) = а()тЖ(! — е в'), (3.4) где Ж число фотонов, падающих в секунду на единицу площади; а коэффициен~ поглощения, характеризующий энергию, поглощенную полупроводником: () --- кванговый выход, определяющий число носителей заряда, образующихся при поглощении одного фотона; т - время жизни неравновесных носителей заряда. Если время облучения достаточно велико: г)(3 —:5)т, то концентрация неравновесных носителей заряда достигает своего стационарного значения, причем когда электроны и дырки образуются парами при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости (собственное поглощение энергии полупроводником), то число неравновесных дырок равно числу неравновесных электронов: Лп„— — Лр,, = ЯтН.
(3.5) При примесном поглощении. когда генерируются в основном носители заряда одного знака, имеет место или 1б5 Ф 0,4 Вд В,В /,и И,мкм В1 р1 г1 Рис 3.9 Конструкния фогорсэисэоров. и рррр«и . ~д~ «р .и ияг», р Гимв с Вряиясми.. кр им мр ря,к и ррр- электронная, или дырочная фогопроводимость. причем в переходных режимах она также изменяется по экспоненциальному закону. Если выключить облучающий поток света, то изменение концентрации неравновесных носителей заряда при Лп«(ло+ро) описывается выражением Лп) г) =- Лп„е (3.6) Явление постепенного изменения о при включении и выключении облучающего потока называют релаксацией фотопроводимости, Конструктивно фоторезистор представляе1 собой пластину полупроводника, на поверхности которой нанесены 111ектропроводные электроды. Принципиально возможны две конструкции фоторезисторов: поперечная 1рис.
3.9„и) и продольная (рис. 3.9, б). В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору. и возбуждающий све1 действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, во втором -- в одной плоскости. Очевидно, что в продольном фоторезисторе возбуждение осуществляется через электрод, прозрачный для этого излучения. Поперечный фоторезистор представляет собой поч~и омическое сопротивление до частот порядка десятков и сотен МГц, Продольный фотореэистор из-за конструктивных особенностей имеет значительную электрическую емкосрь, которая не позволяет считать фоторезистор чисто омическим сопротивлением на частотах уже в сотни .— тысячи Гц.
В качестве исходного материала фоторезистора чаше всего используются сернистый таллий. селенистый теллур. сернистый 166 висмут, сернистый свинец, теллуристый свинец, сернистый кадмий и т. д. Условное обозначение фоторезистора приведено на рис. 3,9, в. Основные характеристики и параметры фотовезистора !. Вольт-амперная характеристика — это зависимость тока / через фоторезистор от напряжения (/, приложенного к его выводам, при различных значениях светового потока Ф (рис. 3.9, е).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
