Фоторезистивний ефект

• Фоторезистивний ефект - це зміна електричного опору напівпровідника, обумовлене виключно дією оптичного випромінювання і не пов'язане з його нагріванням.

• Для виникнення фоторезистивного ефекту необхідно, щоб у напівпровіднику відбувалося або власне поглинання оптичного випромінювання з утворенням нових пар носіїв заряду, або домішкове поглинання з утворенням носіїв одного знака. В результаті збільшення концентрації носіїв заряду зменшується опір напівпровідника.

• Надлишкову концентрацію носіїв заряду, наприклад, електронів можна визначити наступним чином

Δ n = (1-R) αη N_Фτ,

де R - коефіцієнт відбиття фотонів від напівпровідника,

α - показник поглинання,

η - квантова ефективність генерації,

N_Ф - кількість фотонів, що падають на одиничну поверхню в одиницю часу,

τ - час життя нерівноважних носіїв заряду.

н

Розподіл випромінювачів і фотоприймачів в оптичному діапазоні спектру

н

Оптоелектроніка

• Електронні пристрої та системи, в яких використовують разом із традиційними електричними ефектами неелектри­чні, лежать в основі нового напряму в електроніці – оптоелектроніки.

• Оптоелектроніка – це галузь електроніки, в якій вивчаються як оптичні, так і електронні явища в кристалах, а також розглядаються питання перетворення оптичних сигналів у електричні та навпаки.

• У широкому сенсі оптоелектронний пристрій це прилад, що випромінює або перетворює електромагнітне випромінювання у видимій, інфрачервоної (ІК) або ультрафіолетової (УФ) областях спектру, або використовує подібне випромінювання для внутрішньої взаємодії його елементів.

• Оптоелектронні напівпровідникові прилади (ОПП) ділять на випромінювачі, приймачі випромінювання, оптопари і оптоелектронні ІМС (табл. 1).

Перераховані вище групи приладів здійснюють генерацію, перетворення, передачу і збереження інформації. Носіями інформації в оптоелектроніці є нейтральні в електричному розумінні частинки - фотони, які не чуттєві до впливу електричних і електромагнітних полів, не взаємодіють між собою і створюють односпрямовану передачу сигналу, що забезпечує високу перешкодозахищеність і гальванічну розв'язку вхідних і вихідних електричних кіл.

Напівпровідники для виготовлення джерел світла світлодіоди

• Напівпровідниковий випромінювальний діод (світло­діод) – це напівпровідниковий прилад з одним або кількома електричними переходами, призначений для безпосе­реднього перетворення електричної енергії в енергію некогерентного світлового випромінювання.

• Відповідно до ГОСТ 10862-72 першим елементом позначення світлодіодів є буква або цифра, що означає матеріал виготовлення (А(1) - арсенід галію), другим елементом є буква “Л”.

Значення третього елемента позначення світлодіодів такі:

1 – діод інфрачервоного діапазону;

2 – оптичного діапазону;

3 – діод з яскравістю свічення менше 500 Кд/м²;

4 – з яскравістю, більшою 500 Кд/м².

Четвертий, п’ятий і шостий елементи позначення такі самі, як у звичайних діодів.

• Основний фізичний процес, що забезпечує роботу світлодіодів – це випроміню­вальна рекомбінація у базі, ймовірність якої зростає при підвищенні концентрації неосновних нерівноважних носіїв, тобто при прямому ввімкнені – переходу. Ця рекомбі­нація, на відміну від невипромінювальної, супроводжується виділенням енергії у вигляді квантів світла. Для виготов­лення світлодіодів застосовують матеріали з малою ймовірністю невипромінювальної рекомбінації (наприклад, сполуки InSb, GaSb, GaAs, GaP, InP, SiC тощо). Свічення збуджується в інфрачервоному і видимому діапазонах за допомогою змінного або постійного струму при напрузі U>U_пор, де U_пор  U_К (порогова напруга дорівнює контактній різниці потенціалів). Будова світлодіоду показана на рис. 1. Для підвищення ККД (зменшення відбиття) випромінювальна поверхня виконується у формі напівсфери. Яскравість свічення майже лінійно залежить від струму через світлодіод (рис. 2).

Будова світлодіода

1 - металеві контакти;

2 - n-область; 3 – світло-випромінюючий р-n-перехід; 4 - р-область;

5 - світловий потік

Яскравостна характеристика світлодіода

• Колір свічення світлодіоду залежить від матеріалу з якого він виготовлений (ширини забороненої зони, природи центрів рекомбінації тощо). Чим більша ширина забороненої зони матеріалу, тим менша довжина хвилі світлового випромінювання. Так, двокомпонентні напівпровідникові матеріали GaAs і GaP дають червоне свічення, карбід кремнію SiC – червоно-помаранчове або жовте. Суміш GaP та InP – жовте або жовто-зелене свічення. Використовуються світлодіоди з перестроюваним кольором свічення (рис. 1), які мають два – переходи, утворені різними vматеріалами (легуючими домішками). Це забезпечує генерування одним переходом зеленого світла, а іншим – червоного. Регулюванням струмів через переходи можна змінювати інтенсивність кожного з кольорів, а отже і сумарний колір свічення.

• Світлодіоди широко використовуються ї в різноманітних електронних пристроях. Перевагою інжекційних світлодіодів є – яскраве і чисте свічення, зручність керування, економність, довговічність тощо.

• Крім точкових світлодіодів, у напівпровідникових індикаторах застосовують дві основні конфігурації висвічуваних елементів: семисегментну та матричну (рис.2). Сегментна конфігурація складається із 7 прямокутних напівпровідникових пластин, елементарні ділянки яких являють собою світлодіоди. Така конфігурація дозволяє відтворювати усі десять цифр і кілька букв. Матрична конфігурація складається з комірок, кожна з яких має 36 (75+1) точок і дозволяє відтворювати усі цифри, букви, знаки стандартного коду для обміну інформацією.

Структура світлодіода з кольором свічення, що перелаштовується

Варіанти елементів, що висвічуються за допомогою світлодіодів:

а) семисегментна конфігурація;

б) – матрична конфігурація