Министерство цифровых технологий республики узбекистан самаркандский филиал
Download 313.61 Kb.
|
sam 1 Nizamov domlo
- Bu sahifa navigatsiya:
- Основные принципы работы светодиодов
|
2.Светодиоди
Строение Простой светодиод изготавливается путем соединения полупроводников двух типов, каждый из которых содержит примеси, придающие ему соответствующие электрические характеристики. Область р-типа содержит примеси, в которых электронов меньше, чем атомов в кристаллической решетке, поэтому содержит атомы с избыточным положительным зарядом. Они известны как "дырки", поскольку создают для электронов возможность перемещаться по кристаллической решетке. Подобным же образом области n-типа используют примеси, содержащие избыток электронов по сравнению с атомами и являющиеся эффективными донорами электронов, так что в кристаллической решетке появляется избыток свободных электронов. Наиболее важные оптические полупроводники изготавливаются из элементов периодической системы групп III а и V a, как показано в табл. 6.1. Табл. 6.1. Оптические полупроводниковые материалы
Основные принципы работы светодиодов Когда к р-области приложено положительное напряжение, а отрицательное напряжение приложено к n-области, электроны и дырки движутся к месту соединения двух областей, где они объединяются. Когда электрон объединяется с дыркой, атом возвращается в нейтральное состояние и освобождается энергия, которая преобразуется в световую энергию в виде фотонов. В простейшем случае излучаемая светодиодом энергия образуется при рекомбинации электронов и дырок, которые вводятся в зону соединения прямым смещающим напряжением (forward bias voltage). Зонная теория дает простое объяснение полупроводниковой проводимости. Существуют два разрешенных энергетических уровня, разделенных запрещенной зоной, как показано на рис. 6.2. В верхнем уровне в n-области, известном как зона проводимости, несвязанные электроны могут двигаться свободно, тогда как на нижнем уровне р-области, известном как валентная зона, могут двигаться дырки. Рис. 6.1. Принцип действия светодиода Рис. 6.2. Запрещенная зона определяет выделение энергии Размер запрещенной зоны определяет энергию излученного фотона. У различных полупроводниковых материалов разная энергия запрещенной зоны, энергия перехода (W) в электрон-вольтах (эВ) может быть связана с длиной волны (λ) через следующую формулу: Обычные светодиоды, применяющиеся в волоконно-оптических системах, используют арсенид галлия и алюминия (GaAlAs) для длин волн от 800 до 900 нм и арсенид галлия (GaAs) для 930 нм. Светодиоды для использования с пластиковыми волокнами должны работать на длине волны примерно 630 нм, создаваемой компонентами на основе фосфида арсенида галлия (GaAsP). Для более длинных волн от 1300 до 1550 нм используются различные компоненты на основе фосфида арсенида индия и галлия (InGaAsP). Типы полупроводников, соответствующие им энергии запрещенных зон и длины волн показаны в табл. 6.2. Табл. 6.2. Энергии запрещенной зоны и длины волн полупроводников
Геометрия светодиода Существенной составной частью источников света является их способность вводить свет в узкий сердечник волокна. Базовые светодиоды, как подчеркивалось выше, излучают свет во всех направлениях. Это затрудняет направление света в волокно. Для концентрации свел в узкий пучок могут использоваться различные внутренние структуры. Двумя обычно используемыми схемами являются диоды Барруса (Burrus) и диоды, излучающие из кромки (edge emitting diodes). В структуре диода Барруса, или диода с вытравленным каналом, для ограничения излучения света используется дыра, вытравленная в субстрате, сопряженном с внутренними структурами. Волокно может быть непосредственно введено в дыру в верхней части устройства для сбора выходящего света. Диоды с излучением с торца (edge emitting diodes - ELED) генерируют свет в тонком узком активном переходном слое, как показано на рис. 6.3. Излучающая зона может быть толщиной всего несколько микрометров и шириной десять микрометров. Структур; включает в себя особенности, разработанные для ограничения выхода света и направления его к одному концу устройства. Такие устройства обычно дают меньше выходящей света, чем поверхностно-излучающие светодиоды, из-за меньшей поперечной площади активной излучающей зоны, но пучок более эффективно направляется в волокно. Более яркие и точные пучки требуют более сложной конструкции, сопряженной с более дорогими структурами с большим выделением тепла. Рис. 6.3. Светодиод с излучением с торца Download 313.61 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|