|
Рефераты Главная Краткое содержаниепроизведений Архитектура Астрономия Банковское делои кредитование Безопасностьжизнедеятельности Биографии Биология Биржевое дело Бухгалтерия и аудит Военное дело География Геодезия Геология Гражданская оборона Животные Здоровье Земельное право Иностранные языкилингвистика Искусство Историческая личность История История отечественногогосударства и права История политичискихучений История техники Компьютерные сети Компьютеры ЭВМ Криминалистика икриминология Культурология Литература Литература языковедение Маркетинг товароведениереклама Математика Материаловедение Медицина Медицина здоровье отдых Менеджмент (теорияуправления и организации) Металлургия Москвоведение Музыка Наука и техника Нотариат Общениеэтика семья брак Педагогика Право Программированиебазы данных Программное обеспечение Промышленностьсельское хозяйство Психология Радиоэлектроникакомпьютеры и перифирийные устройства Реклама Религия Сексология Социология Теория государства и права Технология Физика Физкультура и спорт Философия Финансовое право Химия - рефераты Хозяйственное право Ценный бумаги Экологическое право Экология Экономика Экономикапредпринимательство Юридическая психология |
Реферат: Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структурыяШ2яш1.5 я1Министерство науки, высшей школы и технической политики РФ я1Московский Государственный Институт Электроники и Математики я1Факультет Электронной Техники я1Кафедра - Материаловедение я1электронной техники я1РЕФЕРАТ я1на темуя3 Материалы оптоэлектроники. я3Полупроводниковые светоизлучающие структуры.я0 я1Выполнил студент группы И-41 я1Офров С.Г я1Руководитель Петров В.С. я1Реферат защищён с оценкой _________ _____________________________ (подпись преподавателя, дата) я1Москва 1994 яш0 . - 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 ёмкости, 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: яш1я7 я7) я7nя0[Гц] = 3я77я010я514я0/я7lя0[мкм]я7 2 я78 я7eя4фя0[эВ] = 1,234/я7lя0[мкм]я7 2 я70 яш0 При известной удельной мощности P плотность фотонного пото- ка N определяется выражением N[мя5-2я0ся5-1я0] = 5,035я77я010я512я77lя0[мкм]я77я0P[мкВтя77я0мя5-2я0]. 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(я7lя0,T) = 2я7p7я0hя77я0cя52я77lя5-5я0[ exp(hc/(kTя7lя0)) - 1]я5-1я0, 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 Eя42я0. Возвращение этих электронов на равновесный уровень Eя41я0 сопровождается испус- канием фотонов с длиной волны, определяемой простым соотношением: яш1 1,23 я7lя0 = ДДДДДДДДДДДДД [мкм] (Eя42я0 - Eя41я0)[эВ] яш0 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 я7fя4Dя0 =я7 lя0/D , где D - апертура (диаметр луча света). Дифракционный предел разрешающей способности оптических систем соизмерим ся7 lя0, а плотность записи информации с помощью световых потоков не может превыситья7 lя5-2я0. 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 уменьшениемя7 lя0), 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 (0,3я7&я00,3 мм), большие срок службы (до 100 тыс. ч.) и быст- родействие (10я5-6я0...10я5-9я0 с), низкие рабочие напряжения (1,6...3,5 В) и токи (10...100 мА). . - 7 - яш1.5 яЛ+ Таблица 1. Основные материалы для светодиодов. ЙННННННННННННСННННННСННННННННННСНННННННННСННННННННННННННННН» є Полупро- і я4oя0 я5 я0і Цвет іЭффектив-і Быстродействие, є є водник і я7lя0,A і іность, % і нс є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaAs і 9500 і ИК і 12; 50я5*я0 і 10я5-7я0...10я5-6я0 є є і 9000 і і 2 і 10я5-9я0...10я5-8я0 є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaP і 6900 і Красный і 7 і 10я5-7я0...10я5-6я0 є є і 5500 і Зелёный і 0,7 і 10я5-7я0...10я5-6я0 є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaN і 5200 і Зелёный і 0,01 і є є і 4400 і Голубой і 0,005 і є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є GaAsя41-xя0Pя4xя0 і 6600 і Красный і 0,5 і 3я77я010я5-8я0 є є і 6100 і Янтарный і 0,04 і 3я77я010я5-8я0 є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є Gaя41-xя0Alя4xя0As і 8000 і ИК і 12 і 10я5-8я0 є є і 6750 і Красный і 1,3 і 3я77я010я5-8я0 є ЗДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДД¶ є і 6590 і Красный і 0,2 і є є Inя41-xя0Gaя4xя0P і 6170 і Янтарный і 0,1 і є є і 5700 і Желто- і 0,02 і є є і і зелёный і і є ИННННННННННННПННННННПННННННННННПНННННННННПНННННННННННННННННј яш0 яЛ- 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 ммя52я0 и менее), большой срок службы, измеряемый годами и даже десятками лет (10я54я0...10я55я0 ч), высокое быстродействие, не уступающее интегральным схемам (10я5-9я0...10я5-5я0 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 Aя5IIIя0Bя5Vя0: фосфида галия, арсенида галия и более сложных соеди- нений: GaAsя41-xя0Pя4xя0 , Gaя41-xя0Alя4xя0As , 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 GaAsя41-xя0Pя4xя0 x=0,39 , то светодиод излучает красный свет с я7lя0=660 нм, если x=0,5...0,75, то янтарный ся7 lя0=610 нм. Из простого соотношения, связывающего длину волны излучения с шириной запрещённой зоны полупроводника,я7 lя0[нм] = 1234/я7eя0 [эВ] следует, что видимое излучение ся7 l,я0720 нм можно получить лишь от широкозонных полупроводников с шириной запрещённой зоныя7 e.я01,72 эВ. У арсенида галия при комнатной температурея7 eя0=1,38 эВ. Поэто- - 10 - му светодиоды из арсенида галия излучают невидимое, инфракрасное излучение с я7lя0=900 нм. У фосфида галия я7eя0=2,19 эВ. Он может уже излучать видимый свет с длиной волныя7 l.я0565 нм, что соответствует желто-зелёному свечению. Как преобразователь электрической энер- гии в световую, светодиод характеризуется внешней эффективностью (или к.п.д.). яш1 число эмиттированных квантов света я7hя0 = ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД число инжектированных неосновных носителей яш0 Эффективность светодиодов невеликая7 h,я00,1 (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: Lя4фя0=10...10я53я0 кд/мя52я0, Iя4фя0=10я5-1я0...10я52я0 мкд, Pя4фя0=10я5-1я0...10я52я0 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- лахя7 Dlя0=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 я7Q,я0arcsin nя41я0/nя42я0. Для арсенида галия и фосфида галия - это конус с углом у вершины не более 35я5oя0. 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 Rя7.я0rя77я0(nя42я0/nя41я0). 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 (0,4я7&я00,4 ммя52я0). - 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 20я5oя0 уменьшает их яркость примерно на 10%, а зелёных - на 6%. С ростом температуры сокра- щается срок службы светодиодов. Так, если при 25я5oя0C срок службы хороших светодиодов достигает 100000 ч, то при 100я5oя0C 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. яш1 Таблица 2. Параметры некоторых типов светодиодов. ЙННННННННСННННННННННСНННННННННСННННННННННННННСННННННННННННННННН» є і і і Входные і Выходные є є і і і параметры і параметры є є Тип і Материал і Цвет ГДДДДДДДВДДДДДДЕДДДДДДДДДВДДДДДДД¶ є і і я7lя0, нм і і і P, мВт і Lя4vя0, є є і і і I, мА і U, В і ДДДДДДД і кд/мя52я0 є є і і і і і Iя4vя0, мкд і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і красный і і і і є є АЛ102А і GaP і ДДДДДДД і 5 і 3,2 і ДДДД і 5 є є і і 700 і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і зелёный і і і і є є АЛ102Д і GaP і ДДДДДДД і 20 і 2,8 і ДДДД і 40 є є і і 556 і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і жёлтый і і і і є є FLV450 і GaP і ДДДДДДД і 20 і 2 і ДДДД і є є і і 570 і і і 3,2 і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і зелёный і і і і є є FLV350 і GaP і ДДДДДДД і 20 і 2 і ДДДД і є є і і 560 і і і 3,2 і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і красный і і і і є є FLV250 і GaP і ДДДДДДД і 10 і 2 і ДДДД і є є і і 700 і і і 3 і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і красный і і і і є є FK510 і GaAsP і ДДДДДДД і 20 і 1,6 і ДДДД і є є і і 660 і і і 2 і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і красный і і і і є є TIL210 і GaAsP і ДДДДДДД і 50 і 1,8 і і 2400 є є і і 670 і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і красный і і і і є є АЛ307А і GaAlAs і ДДДДДДД і 1 і 2 і ДДДД і є є і і 700 і і і 0,15 і є УДДДДДДДДБДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДБДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДЅ . - 14 - ЦДДДДДДДДВДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДВДДДДДДДВДДДДДДВДДДДДДДДДВДДДДДДД· є і і красный і і і і є є АЛ307Б і GaAlAs і ДДДДДДД і 1 і 2 і ДДДД і є є і і 700 і і і 0,6 і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і і і і 6 і є є АЛ107А і GaAs і 920 і 100 і 2 і ДДДД і є є і і і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і і і і 1 і є є ЗЛ103А і GaAs і 900 і 50 і 1,6 і ДДДД і є є і і і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і і і і 2 і є є TIXL05 і GaAs і 900 і 750 і 1,8 і ДДДД і є є і і і і і і є ЗДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДД¶ є і і і і і 0,05 і є є TIL01 і GaAs і 900 і 50 і 1,3 і ДДДД і є є і і і і і і є ИННННННННПННННННННННПНННННННННПНННННННПННННННПНННННННННПНННННННј яш0 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 (400я7&я0400 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 7я7&я05 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 |
|