Материалы оптоэлектроники Полупроводниковые светоизлучающие структуры
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 тему3
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
мкости, 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:
ш17
7)
7n0[Гц] =
3770105140/7l0[мкм]7 2
78
7e4ф0[эВ] = 1,234/7l0[мкм]7 2
70
ш0 При известной
удельной мощности P плотность фотонного пото-
ка N
определяется выражением
N[м5-20с5-10] =
5,0357701051277l0[мкм]770P[мкВт770м5-20]. 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(7l0,T) =
27p70h770c5277l5-50[
exp(hc/(kT7l0)) - 1]5-10,
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
E420.
Возвращение
этих электронов на равновесный уровень
E410 сопровождается испус-
канием
фотонов с длиной волны, определяемой простым соотношением:
ш1
1,23
7l0 = ДДДДДДДДДДДДД [мкм]
(E420 - E410)[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 7f4D0 =7 l0/D , где D - апертура
(диаметр луча света).
Дифракционный
предел разрешающей способности
оптических систем
соизмерим
с7 l0, а плотность
записи информации с помощью световых
потоков
не может превысить7 l5-20. 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 уменьшением7 l0), 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
(0,37&00,3 мм),
большие срок службы (до 100 тыс. ч.) и быст-
родействие
(105-60...105-90 с), низкие рабочие напряжения
(1,6...3,5
В) и
токи (10...100 мА).
.
- 7 -
ш1.5
Л+ Таблица 1. Основные
материалы для светодиодов.
ЙННННННННННННСННННННСННННННННННСНННННННННСННННННННННННННННН» є
Полупро- і 4o0 5
0і Цвет іЭффектив-і Быстродействие,
водник і
7l0,A і іность, %
нс є
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaAs і 9500 і ИК і 12; 505*0 і
105-70...105-60 є є
9000 і і 2 і
105-90...105-80 є
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaP і 6900 і Красный і
7 і
105-70...105-60 є є
5500 і Зелёный і 0,7 і 105-70...105-60 є
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaN і 5200 і Зелёный і
0,01 і
4400 і Голубой і 0,005 і
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є
GaAs41-x0P4x0
6600 і Красный і 0,5 і
3770105-80 є є
6100 і Янтарный і 0,04 і 3770105-80 є
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є
Ga41-x0Al4x0As і 8000 і ИК і
12 і 105-80 є є
6750 і Красный і 1,3 і
3770105-80 є
ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є
6590 і Красный і 0,2 і
In41-x0Ga4x0P
6170 і Янтарный і
0,1 і
5700 і Желто- і 0,02 і
зелёный і
ИННННННННННННПННННННПННННННННННПНННННННННПНННННННННННННННННј
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 мм520 и менее), большой срок
службы,
измеряемый годами и
даже десятками лет (10540...10550 ч),
высокое
быстродействие, не уступающее интегральным схемам
(105-90...105-50
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
A5III0B5V0:
фосфида галия, арсенида галия и более сложных соеди-
нений:
GaAs41-x0P4x0 , Ga41-x0Al4x0As
, 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
GaAs41-x0P4x0 x=0,39 , то светодиод излучает красный свет с
7l0=660
нм, если x=0,5...0,75, то янтарный с7 l0=610 нм. Из простого
соотношения, связывающего длину волны излучения
с
шириной запрещённой зоны полупроводника,7 l0[нм] = 1234/7e0 [эВ]
следует,
что видимое излучение с7 l,0720 нм можно получить лишь от
широкозонных
полупроводников с шириной запрещённой
зоны7 e.01,72
эВ. У
арсенида галия при комнатной температуре7 e0=1,38 эВ. Поэто-
-
10 -
му
светодиоды из арсенида галия излучают невидимое, инфракрасное
излучение с 7l0=900 нм. У фосфида галия 7e0=2,19
эВ. Он может уже
излучать
видимый свет с длиной волны7 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
7h0 = ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД число
инжектированных неосновных носителей
ш0 Эффективность
светодиодов невелика7 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:
L4ф0=10...10530 кд/м520,
I4ф0=105-10...10520
мкд, P4ф0=105-10...10520 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-
лах7
Dl0=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
n410/n420. Для арсенида галия и фосфида галия - это
конус с углом у
вершины
не более 355o0. 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
R7.0r770(n420/n410). 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 (0,47&00,4 мм520).
-
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 205o0 уменьшает их яркость
примерно
на 10%, а зелёных - на 6%. С
ростом температуры сокра-
щается
срок службы светодиодов. Так, если при 255o0C срок службы
хороших
светодиодов достигает 100000 ч, то при 1005o0C 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.
ЙННННННННСННННННННННСНННННННННСННННННННННННННСННННННННННННННННН»
Входные і Выходные є
параметры і параметры є
Тип і Материал і
Цвет
ГДДДДДДДВДДДДДДЕДДДДДДДДДВДДДДДДД¶
7l0, нм і і і P, мВт і L4v0, є
I, мА і U, В і ДДДДДДД і кд/м520 є
I4v0, мкд і є
ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶
красный
АЛ102А і GaP і ДДДДДДД і 5 і 3,2
ДДДД і 5 є
700 і і і і є
ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶
зелёный
АЛ102Д і GaP і ДДДДДДД і
20 і 2,8 і
ДДДД і 40 є
556 і і і і є
ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶
ИННННННННПННННННННННПНННННННННПНННННННПННННННПНННННННННПНННННННј
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
(4007&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
77&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