2. Параметры сид.

Сила света I_v - излучаемый диодом световой поток, приходящий на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном к плоскости излучающего кристалла. Указывается при заданном значении прямого тока и измеряется в канделах.

Яркость излучения L - величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Она измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м²) при заданном значении прямого тока через диод.

Постоянное прямое напряжение U_пр - значение напряжения на светодиоде при протекании постоянного прямого тока.

Максимально допустимый постоянный прямой ток I_{пр max} - максимальное значение постоянного прямого тока, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе диода.

Максимально допустимое обратное напряжение U_{обр max} - максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к диоду, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

Максимально допустимое обратное импульсное напряжение U_{обр имп} - максимальное пиковое значение обратного напряжения на светодиоде, включая как однократные выбросы, так и периодически повторяющиеся.

Максимум спектрального распределения _max - длина волны излучения, соответствующая максимуму спектральной характеристики излучения светодиода.

3, Внешний квантовый выход.

Инжекционная электролюминесценция является физиче­ской основой работы излучающих полупроводниковых дио­дов. Термином «излучающие диоды» охватывают диоды, ра­ботающие в диапазоне видимого излучения, – это светоизлучающие диоды (СИД) (используются для визуального отображения информации) и диоды, работающие в инфра­красном диапазоне оптического излучения, – инфракрасные излучающие диоды (ИК- диоды).

Излучающий диод – основной и наиболее универсаль­ный излучатель некогерентной оптоэлектроники. Это обу­словливает следующие его достоинства: высокое значение КПД преобразования электрической энергии в оптическую; относительно узкий спектр излучения (квазимонохроматич­ность) для одного типа диодов, с одной стороны, и перекры­тие почти всего оптического диапазона излучения диодами различных типов – с другой; высокая для некогерентного излучателя направленность излучения; малые значения пря­мого падения напряжения, что обеспечивает электрическую совместимость СИД с интегральными схемами; высокое бы­стродействие; малые габариты, технологическая совмести­мость с микроэлектронными устройствами, высокая надежность и долговечность.

Качество излучающего диода характеризуется внешним квантовым выходом

 = _э _опт, (2.76)

где  – коэффициент инжекции;

_э – внутренний кванто­вый выход;

_опт – оптическая эффективность или коэффи­циент вывода света.

Произведение _э определят эффективность инжекционной электро­люминесценции. Однако даже при большом значении _э внешний квантовый выход может оказаться малым вслед­ствие низкого вывода излучения из структуры диода во внешнюю среду. При выводе излучения из активной (излу­чающей) области диода имеют место потери энергии.

1. Потери на самопоглощение (излучение 1). При погло­щении полупроводником фотонов их энергия может быть передана электронам ва­лентной зоны с переводом этих электронов в зону проводимости. Возможно поглощение энергии фото­нов свободными электро­нами зоны проводимости или дырками валентной зоны. При этом энергия фотонов расходуется так­же на перевод носителей на более высокие для них энергетические уровни, но в пределах соответствующей разрешенной зоны. Возможно примесное поглощение фотонов, при котором их энергия идет на возбуждение примесных уровней. Кроме того, в по­лупроводниках может происходить поглощение фотонов кристаллической решеткой, поглощение с переходом элек­тронов с акцепторного на донорный энергетический уровень и некоторые другие виды поглощения.

2. Потери на полное внутреннее отражение (излучение 2). При падении излучения на границу раздела оптически бо­лее плотной среды (полупроводник) с оптически менее плотной (воздух) для частиц излучения выполняется усло­вие полного внутреннего отражения. Эта часть излучения, отразившись внутри кристалла, в конечном счете теряется за счет самопоглощения.

Рисунок 2.17 – Потери оптического излучения при выходе во внешнюю среду

Излучение, падающее на поверхность раздела под уг­лом , превышающим критический угол _кр, претерпевает полное внутреннее отражение; при  < _кр излучение частич­но отражается от непросветленной поверхности. Это френелевские потери. Если на поверхность полупроводника нанести диэлектрическую пленку с соответствующими значениями толщины и показателями преломления, то она будет оказывать просветляющее действие, и коэффициент пропускания увеличится; критический угол при этом практически не изменится.

3. Потери на обратное и торцевое излучение (3 и 4). Генерация в активной области полупроводника спонтанная и характеризуется тем, что лучи направлены равновероятно во все стороны. Излучение 3, распространяющееся в сторону эмиттера, быстро поглощается.

Активная область нередко слегка отличается значением показателя преломления от соседних областей. Поэтому излучение 4 вследствие многократных отражений фокусируется вдоль активной области, так что интенсивность торцевого излучения выше, чем в других направлениях выхода света из кристалла.

Эффективность выхода оптического излучения из диода характеризуется коэффициентом выхода _опт и определяется отношением мощности выходящего излучения к мощности излучения, генерируемого внутри кристалла

_опт = Р_изл/ Р_ген. (2.77)

Таким образом, внешний квантовый выход  – это интегральный показатель излучательной способности СИД, который учитывает эффективность инжекции v, электролюминесценции _э и вывода излучения _опт в создании оптического излучения.

В-8.

1. Пояснить входную характеристику оптоэлектронной аналоговой ИМС.

Параметры светодиодов как элементов цепей постоянного тока определяются их вольт-амперными характеристиками. Различия прямых ветвей ВАХ связаны с разницей в ширине запрещенной зоны применяемых материалов. Чем меньше длина волн излучения, тем больше прямое падение напряжения на светодиоде и потери электрической энергии в нем. Обратные ветви ВАХ имеют малое допустимое обратное напряжение, так как ширина p-n - перехода в светодиодах невелика. При работе в схемах с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом необходимо включать обычный диод.

Рисунок 4.4 – Вольт-амперные характеристики диодов

Основные параметры диодов зависят от температуры. Зависимость яркости (силы света) от температуры практически линейная. С увеличением температуры яркость (сила света) уменьшается. В интервале рабочих температур яркость может изменяться в 2 - 3 раза.

В случае обратного включения светодиода через него протекает малый ток утечки Ioбр, светодиод при этом не излучает света.