Презентация на тему: НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди

Реклама. Продолжение ниже
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
Випромінювальні переходи
Спектри випромінювання
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
Ефективність люмінесценції
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
Світлодіоди видимого діапазону
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
Інфрачервоні світлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди
Дякую за увагу!
1/24
Средняя оценка: 4.3/5 (всего оценок: 17)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1675 Кб)
Реклама. Продолжение ниже
1

Первый слайд презентации: НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди

Анатолій Євтух Інститут високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Изображение слайда
1/1
2

Слайд 2: Випромінювальні переходи

Діаграма електромагнітного спектра Основні переходи в напівпровіднику.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
3

Слайд 3: Спектри випромінювання

Існують три типи взаємодії між фотонами і електронами в твердому тілі. 1. Фотон може поглинутись в результаті переходу електрона з заповненого стану валентної зони в вільний стан зони провідності. 2. Фотон може стимулювати випромінювання подібного собі фотона, визиваючи перехід електрона з заповненого стану в зоні провідності в вільний стан валентної зони. 3. Можуть також виникати спонтанні зворотні переходи електронів з зони провідності на вільні стани валентної зони, що визиває випускання фотона. Інтенсивність спонтанного випромінювання залежить від густини заповнених станів в зоні провідності і густини вільних станів в валентній зоні: – матричний елемент переходу; N C - густина станів в зоні провідності; N V - густина станів в валентній зоні; F C ( E ) і F V ( E ) - функції розподілу Фермі-Дірака для електронів і дірок відповідно. Спектр спонтанного випромінювання зазвичай має вид де E g - ширина забороненої зони.

Изображение слайда
1/1
4

Слайд 4

В основі стандартної оптичних між зонних переходів лежить так зване правило k – відбору. Хвильовий вектор k 1, що відповідає хвильовій функції валентної зони, і хвильовий вектор k 2, що відповідає хвильовій функції зони провідності, повинні відрізнятися на хвильовий вектор фотона, тобто матричний елемент дорівнює нулю. Оскільки хвильовий вектор електрона суттєво перевищує хвильовий вектор фотона, правило k - відбору зазвичай записується в виду рівності k 1 =k 2 Дозволеними є переходи, при яких початковий і кінцевий стан характеризуються однаковими хвильовими векторами; такі переходи називаються «прямими» або «вертикальними». Якщо мінімум зони провідності і максимум валентної зони не відповідають одному і тому ж значенню вектора k, то для збереження квазиімпульса при переходах необхідна участь фонона; ці переходи називаються «непрямими».

Изображение слайда
1/1
5

Слайд 5

Спектри випромінювання діода на GaAs (а) при 295 і 77 К і температурна залежність енергії максимуму (суцільна лінія) і рівнів напівширини спектра випромінювання (штрихові криві) (б).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
6

Слайд 6: Ефективність люмінесценції

При заданій енергії збудження поряд з випромінювальною рекомбінацією протікають конкуруючі безвипромінювальні процеси. Квантова ефективність люмінесценції визначається як відношення кількості збуджених носіїв, що дають вклад у випромінювання, до повної кількості носіїв, що приймають участь у рекомбінації, і може бути виражена через часи життя наступним чином: де  r і  nr - часи життя випромінювальної і безвипромінювальної рекомбінації відповідно, а R r і R -швидкості випромінювальної і повної рекомбінації. Для напівпровідникових шарів p -типу провідності швидкості рекомбінації і часи життя зв’язані співвідношенням Аналогічно для шарів n –типу де n 0 і p 0 - концентрації електронів і дірок в стані теплової рівноваги, а n і p – електронна і діркова концентрації при оптичному збудженні. Час життя неосновних носіїв задається виразом

Изображение слайда
1/1
7

Слайд 7

Процеси випромінювальної і безвипромінювальної рекомбінації. Залежність квантової ефективності GaAs - світлодіодів від температури. На вставці показаний поперечний переріз пристрою, що використовується для вимірювання ефективності.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
Реклама. Продолжение ниже
8

Слайд 8: Світлодіоди видимого діапазону

Напівпровідники, на основі яких можуть бути створені світло діоди зі спектром випромінювання, що включає діапазон видимого світла. Світлодіоди - це p-n переходи, які при прямому зміщенні можуть випромінювати спонтанне випромінювання в ультрафіолетовій, видимій і інфрачервоній ділянках спектру. 0, 3 9<  <0,77мкм

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
9

Слайд 9

Функція відносної видимості ока, що визначена Міжнародною комісією по освітленню (МКО) для стандартного фотометричного спостерігача. Позначені основні кольорові зони видимого випромінювання. h  1,8 еВ;  <0,7 мкм  max =0,555 мкм. Ефективність дії світла на око людини визначається функцією відносної видимо c ті ока V(  ), яка залежить від довжини хвилі. Ефективність використання променевої енергії при зоровому сприйнятті характеризується яскравістю променевої енергії. 1 Вт променевої енергії в максимумі чутливості ока (  max =0,555 мкм) відповідає 680 лм.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
10

Слайд 10

Залежності ширини енергетичних зазорів (а) для прямого (  ) і непрямого ( X ) мінімумів зони провідності від складу GaAs 1- x P x і енергетична зонна структура GaAs 1- x P x (б). Значення складу, що відповідають червоному ( x =0,4), померанчевому ( 0,65 ), жовтому ( 0,85 ) і зеленому ( 1,0 ) світлу. GaAs 1- x P x В діапазоні 0< x <0,45 заборонена зона пряма, а її ширина збільшується від E g =1,424 еВ при x =0 до E g =1,977 еВ x =0,45. При x > 0,45 напівпровідник стає непрямозонним. В прямозонних матеріалах процес випромінювальної рекомбінації є домінуючим. В той час як для GaAs 1-x P x при x > 0,45 і GaP, в яких заборонена зона непряма, ймовірність міжзонних переходів надзвичайно мала, оскільки в цьому випадку для перетворення квазиімпульса при переході потрібна участь фононів або інших факторів розсіювання.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
11

Слайд 11

Залежність квантової ефективності (а) і довжини хвилі, що відповідає максимуму випромінювання (б), від складу при наявності і відсутності ізоелектронної домішки азоту. Для підсилення випромінювальних процесів в непрямозонних напівпровідниках, таких, наприклад, як GaP, спеціально створюють рекомбінаційні центри.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
12

Слайд 12

Ефективні центри випромінювальної рекомбінації в GaAs 1- x P x можуть бути створені шляхом впровадження спеціальних домішок, наприклад азоту. Азот, введений в напівпровідник, заміщує атоми фосфора в вузлах гратки. Це приводить до виникнення поблизу зони провідності електронного центру захоплення. Отриманий таким чином рекомбінаційний центр називається ізоелектронним центром. В нормальному стані ізоелектронні центри нейтральні. В матеріалі p типу інжектований електрон спочатку захоплюється на центр. Заряджений вд’ємно центр потім захоплює дірку з валентної зони, формуючи зв’язаний екситон. Наступна анігіляція цієї електронно-діркової пари приводить до народження фотона з енергією, приблизно рівною різниці між шириною забороненої зони і шнергією зв’язку центра. Так як захоплений електрон сильно локалізований на центрі, його імпульс розсіюється. Наявність азоту забезпечує більш високі значення ефективності при x >0,45, однак остання все ж постійно зменшується з ростом x внаслідок збільшення різниці глибин прямої і непрямої заборонених зон. Крім того, довжина хвилі максимуму випромінювання для з’єднань легованих азотом, зміщується під впливом енергії зв’язку ізоелектронного центра.

Изображение слайда
1/1
13

Слайд 13

Проходження світла, що випромінюється переходом в структурах з непрозорою (а) і прозорою (б) підкладками. Серед світлодіодних структур основною є структура з плоскою геометрією. Зазвичай прямозонні світлодіоди (червоне випромінювання) формуються на підкладках GaAs, тоді як непрямозонні (померанчеве, жовте і зелене випромінювання - на підкладках GaP. Фотони, що генеруються в області переходу, випромінюються в усіх напрямках, однак спостерігача досягає лише та їх частина, яка проходить через поверхню.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
14

Слайд 14

Зменшення кількості фотонів, що випромінює світлодіод, обкмовлено: - втратами в матеріалі світлодіода; - втратами за рахунок відбивання; - втратами за рахунок повного внутрішнього відбивання. Втрати повязані з поглинанням дуже суттєві на підкладках GaAs, оскільки в цьому випадку підкладка непрозора для світла і поглинає приблизно 85% фотонів, що випромінюються переходом. В світлодіодах на підкладках GaP фотони, що випромінюються в напрямку тилового контакта, можуть відбиватися від нього, причому поглинання складає  25%. Втрати відбивання. При нормальному падінні світла коефіцієнт відбивання дорівнює Третій фактор обумовлений повним внутрішнім відбиванням світла, що падає на границю розділу під кутом більшим ніж критичний  c, що визначається виразом Для GaAs з n 2 =3,66 критичний кут становить  16 , а для GaP з n 2 =3,45 від рівний  1 7 .

Изображение слайда
1/1
Реклама. Продолжение ниже
15

Слайд 15

Розріз трьох світлодіодів. а- напівсфера; б- зрізана сфера; в- параболоїд. Повна ефективність перетворення електричного сигналу в оптичний надається виразом де P – потужність на входу; 4 n 2 n 1 /( n 2 + n 1 ) 2 - коефіцієнт предачі рівний 4 n 2 /( n 2 +1) 2 для границь розділу напівпровідник –повітря; (1- cos  c ) - тілесний кут;  (  )- швидкість генерації фотонів в одиницях фотон/(с см 2 ); R 1 - коефіцієнт відбивання від тилового контакту;  (  ) і x - відповідно коефіцієнт поглинання і товщина p - i n - областей приладу. Для сферичних структур тілесний кут дорівнює 1. Таким чином співвідношення ефективностей рівне при n 2 >>1. Для структур на GaP з n 2 =3,45 при даній геометрії можна очікувати збільшення ефективності на порядок величини.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
16

Слайд 16

Діаграма направленості випромінювання діодів плоскої (а), напівсферичної (б) і параболічної (в) геометрії.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
17

Слайд 17

Відносні спектри випромінювання різних світлодіодів видимого і інфрачервоного діапазонів. GaAs, і сполуки типу A 3 B 5 – інфрачервоні світлодіоди; GaAs 0,6 P 0,4, GaP ( ZnO ) – червоні світлодіоди; GaAs 1- x P x, GaP ( N ) – померанчеві, жовті, зелені світлодіоди; ZnS, SiC – голубі світлодіоди; GaN – фіолетові світлодіоди. Зі збільшенням довжини хвилі  0, що відповідає максимуму спектру випромінювання, збільшується також і напівширина спектра. Це обумовлено тим, що ширина спектра спонтанного випромінювання пропорційна  0 2.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
18

Слайд 18

Перетворювач, в якому випромінювання GaAs - діода збуджує випускання світла фосфором (а) і енергетичні рівні перетворення (б) Оцінка яскравісного еквіваленту випромінювання. Спектральна характеристика чутливості ока повинна враховуватись при оцінках ефективності візуального сприйняття випромінювання від різних світло діодів з відомими значеннями енергії випромінювання. Яскравісний еквівалент випромінювання ( Y ) має вид де L 0 – максимальне значення яскравості, рівне 680 лм/Вт; V (  ) - функція відносної видимості ока; P ( ) - спектр випромінювання

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
19

Слайд 19

C хеми конструкцій деяких світлодіодних випромінювачів. Формати цифрових і буквових світлодіодних дисплеїв. а- 7-сегментний (цифровий); б- матричний 3х5 (цифровий); в- 14-сегментний (алфавітно-цифровий); г- матричний 5 х 7 (алфавітно-цифровий).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
20

Слайд 20

Оптрони. а- схема; б- оптрон з високим коефіцієнтом перетворення; в- оптрон, який розміщений на одній контактній площадці. I 2 /I 1 0,1-1 I 2 /I 1  10 -3

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
21

Слайд 21: Інфрачервоні світлодіоди

Поверхнево-випромінюючий світлодіод (а) на основі подвійної гетероструктури AlGaAs, що має малу площу і високу випромінюючу здатністьі суміщений з скловолокном, и світлодіод з випромінюючою гранню на основі подвійної гетероструктури (б). Eg<1,5 еВ GaAs, Ga x In 1-x As 1-y P y GaAs – Al x Ga 1-x As Інфрачервоні світло діоди є перспективними джерелами для волоконно-оптичних ліній зв’язку. d =15-100 мкм d =10-15 мкм

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
22

Слайд 22

Розподіл інтенсивності світла поблизу випромінюючої поверхні світлодіода. На вставці показана структура світлодіода. Порівняння світлодіодів і лазерів Переваги світлодіодів: - висока робоча температура; - менший вплив температурина потужність випромінювання; - простота конструкції і схеми харчування. Недоліки світлодіодів: - менша яскравість; - нижчі частоти модуляції; - більша спектральна ширина лінії випромінювання; для свідлодіодів  =10-50 нм для лазерів  =0,01-0,1 нм

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
23

Слайд 23

Залежність граничної частоти світлодіода від концентрації дірок в активному шарі. Гранична частота світлодіода Для досягнення високих значень f c необхідно зменшувати товщину рекомбінаційної області і збільшувати концентрацію носіїв. Для p - типу Для n - типу

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
24

Последний слайд презентации: НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 14 C вітлодіоди: Дякую за увагу!

Изображение слайда
1/1
Реклама. Продолжение ниже