Оптоэлектроника

Оптоэлектронный полупроводниковый прибор – это п/п прибор, излучающий или преобразующий электромагнитное излучение, чувствительный к этому излучению в видимой, инфракрасной и (или) ультрафиолетовой областях спектра или использующий подобное излучение для внутреннего взаимодействия его элементов.

Оптический диапазон ЭМ колебаний – от 1 нм до 1 мм. Видимое излучение – от 0,38 до 0,78 мкм.

Классификация Оп/пП

• Полупроводниковые излучатели – это оптоэлектронные полупроводниковые приборы, преобразующие электрическую энергию в энергию ЭМИ в видимой, инфракрасной и (или) ультрафиолетовой областях спектра

- когерентные

(п/п лазеры с различными видами возбуждения)

- некогерентные

(инфракрасные излучающие диоды, светоизлучающие диоды,

п/п знаковые индикаторы, п/п шкалы, п/п экраны,

электролюминесцентные порошковые и пленочные излучатели)

• Полупроводниковые приемники излучения – это оптоэлектронные полупроводниковые приборы, чувствительные к ЭМИ видимой, инфракрасной и (или) ультрафиолетовой области спектра или преобразующие энергию ЭМИ непосредственно в электрическую энергию

фоторезисторы, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры,

приборы с зарядовой связью, приемники проникающей радиации и

корпускулярно-преобразовательные п/п приборы

• Оптопары и оптоэлектронные ИМС - это оптоэлектронные полупроводниковые приборы, использующие ЭМИ видимой, инфракрасной и (или) ультрафиолетовой области спектра для внутреннего взаимодействия элементов

Основные характеристики инфракрасных и светоизлучающих диодов

Инфракрасный излучающий диод (ИК-диод) – п/п излучатель, представляющий собой диод, способный излучать энергию инфракрасной области спектра.

Основные характеристики и параметры:

- полная мощность излучения при определенном прямом токе (Вт или мВт);

- инерционность – характеризуют временами нарастания и спада импульса излучения, которые измеряются между уровнями излучения 0,1 и 0,9 от максимума амплитуды излучения, поэтому для приборов визуальной индикации несущественна (инерционность глаза 50 мс);

- зависимость мощности (относительной мощности) излучения от проходящего тока;

Светоизлучающий диод – это полупроводниковый некогерентный излучатель энергии видимой области спектра, предназначенный для отображения визуальной информации и представляющий собой диод, работающий в области прямого смещения.

При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры. Процесс самопроизвольной рекомбинаци инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p-n-переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на более низкий; при этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света.

Чтобы кванты энергии – фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой (Е_g > 1,8 эВ). Исходя из этого ограничения, для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), твердые растворы: галлий—мышьяк—фосфор (GaAsP) и галлий—мышьяк—алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (E_g > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ-активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения светодиода. Например, на основе фосфида галлия, легированного определенным количеством цинка, кислорода или азота, получают светодиоды зеленого, желтого и красного цветов свечения. Тройные соединения GaAsP и GaAsAl используют, в основном, для получения светодиодов красного цвета свечения.

Основные характеристики и параметры:

- яркость излучения (кандела на квадратный метр, кд/м²) – зависит от длины волны излучения, т.к. эффективность воздействия света на глаз человека определяется видностью, максимум которой приходится на 0,555 мкм (зеленый свет);

- яркостная характеристика – зависимость яркости от проходящего через прибор тока, желательно иметь прямую пропорциональность (б);

- спектральная характеристика – зависимость мощности излучения от длины волны излучаемых ЭМК;

- ВАХ – представляет собой ВАХ прямосмещенного р-п-перехода (а).