Раздел 3. Элементы оптоэлектроники (8 часов)

Тема 3.2 Элементы оптоэлектронных систем обработки информации: излучатели и фоторпиёмники.

К основным источникам излучения относят: светодиоды, источники света с люминофорами, лазеры.

Светоизлучающим диодом (СИД) называют полупроводнико­вый диод, в котором осуществляется непосредственное преобразо­вание электрической энергии в энергию светового излучения (ви­димого или инфракрасного) за счет рекомбинации электронов и дырок. В обычных диодах процесс рекомбинации заканчивается выделением энергии в виде квантов тепловых колебаний решетки (фононов) и является безызлучательным. Такую рекомбинацию называют фононной. В структурах СИД преобладает излучательная или фотонная рекомбинация.

В большинстве СИД излучательной рекомбинации электронов и дырок предшествует инжекция неосновных носителей заряда через p-n переход при приложении напряжения в прямом на­правлении.

В соответствии с этой струк­турой все полупроводниковые материалы делят на два класса: ма­териалы с прямыми и непрямыми межзонными переходами элек­тронов (рис. 3.1)

Рис 3.1. Прямые (а) и непрямые (б) переходы электронов

Специфическими параметрами светоизлучающих диодов явля­ются световые или фотометрические величины, количественно ха­рактеризующие степень воздействия света на человеческий глаз. За единицу силы света в фотометрии принята кандела (кд).

Важной фотометрической ве­личиной является яркость, которая определяется как сила света, отнесенная к видимой площади излучателя (кд/м²).

Граничной длиной волны видимого красного света является 720 нм, что соответствует энергии непрямых переходов 1,72 эВ, поэтому для изготовления СИД требуются так называемые широ­козонные материалы, у которых ширина запрещенной зоны превы­шает 1,72 эВ.

Действие СИДа основано на инжекции неосновных носителей заряда p-n переходом и последующей излучательной рекомбинацией избыточных электронов и дырок.

У многих п.п.приборов рекомбинация носит безизлучательный характер, т.е. преобразуются в тепло. А у п.п., выполненных на основе карбида кремния (SiC), арсенида галлия (GaAs) и др. рекомбинация является излучательной.

СИД работает при прямом напряжении. Наибольшее распространение получили светодиоды зелёного, желтого и красного цвета, в зависимости от ширины запрещённой зоны.

Важнейшим параметром является:

1. К.П.Д., который составляет не более 7 %, т.к. только лучи с углом, равным 16º проходят наружу, все остальные испытывают полное внутренне отражение;

2. полная мощность излучения (Pполн [Вт]) или световой поток (Ф [лм] (люмен));

3) яркость (В [кд/м²] (десятки кандел на м²));

4) постоянное прямое напряжение (Uпр [В]) составляет несколько вольт.

5) максимально допустимый прямой ток (Iпр.max [мА] (единицы-десятки мА)).

Рисунок 3.2– Устройство СИДа:

1– линза;

2 – баллон поваровый;

3 – п.п. пластина с p-n-переходом;

4 – изолирующее основание;

5 – выводы.

Важнейшим параметром является

1. К.П.Д. который составляет не более 7% т.к. только лучи с <= 16° проходят наружу, все остальные испытывают полное внутреннее отражение.

2. Полная мощность излучения: P_ПОЛН – [Вт] или световой поток: Ф – [лм] – (люмен)

3. Яркость - В – [кд/м²] (десятки кандел на м²)

4. Постоянное прямое напряжение – U_ПР – [В] – составляет несколько вольт

5. Максимально допустимый прямой ток I_ПР.MAX – [мА] (единицы-десятки мА)