Semiconductor fényforrások
1. Az optikai sugárzás a félvezető folyamat szerkezete.
Semiconductor sugárforrások, amelyek magukban foglalják a lézerek és LED-ek, amelyek átalakítani az elektromos energiát elektromágneses sugárzás terén leginkább széles körben használják a száloptikai rendszerek és érzékelők. A fő előnyei a következők: a nagy hatékonyságú elektromos energia átalakítás könnyű, egyszerű gerjesztési és emissziós modulációs, kis méretei és súlya, valamint a nagy megbízhatóság és a kimeneti sugárzási teljesítmény.
Az alapja működésének félvezető fényforrások egy injekció elektrolumineszcencia jelenség - félvezető struktúrák fényt bocsátanak ki befolyása alatt egy elektromos mező.
A fizikai lényege elektrolumineszcens hatás a következő. Törvényei szerint a kvantummechanika, az energia az elektron egy atom, és az energia az atom egésze nem önkényes. Ez lehet csak bizonyos diszkrét értékrend nevezett szintet. A gyakorlatban azonban ez a helyzet tartja az egyes atomok vagy atom egymástól távolságokban, amely a kölcsönhatás közöttük gyakorlatilag hiányzik, például a kibocsátott gázok.
A szilárd anyagok az atomok egymáshoz közel, hogy azok kölcsönhatásba lépnek egymással és az eredmény E kölcsönhatás, hogy torzítja a energiaszintek a rendszerben, ami azt a tényt, hogy ennek eredményeként a diszkrét energiaszinteket a kristály képződött szalag vagy sáv megengedett energia Államok elválasztva tiltott zónák, azaz. e. Zónák energia értékeket, ahol az elektronok nem lehet.
A 5.2 ábra mutatja az energia diagramja szilárd testek, azzal jellemezve vezetési típusú MJA 3: szigetelő, egy vezetőt (fém) félvezető, és n és p típusú. Bemutatott vonalkázott területen megtalálása töltéshordozók (elektron).
Fig.5.2 energia diagramok különböző anyagokból:
szigetelő; karmester; félvezető n-típusú és p-típusú félvezető
Zónák meghatározására Szilárd vezetőképesség típusok a vegyérték és a vezetési sávok elválasztva sávú, amelynek szélessége határozza meg az energia mennyiségét kell közlünk az egy elektron, hogy ez költözött az alján a vegyértéksáv a vezetési sávban.
A félvezetők, és a szennyező régiók más is lehet, mint a vegyérték sáv és a vezetési sáv (donor és akceptor), eredő szennyeződések jelenléte a kristályban.
Az egyensúlyi állapot (nincs külső hatás), az elektronok a kristály hajlamosak elfoglalni a legalacsonyabb energiaszintet (alacsonyabb szint). Ennek eredményeként, az alacsonyabb energia állapotok vannak töltve, és a magasabb üres. Egyes anyagok úgynevezett szigetelők vagy dielektrikumok (üveg, ebonit, kvarc), kivétel nélkül, minden az elektronok alacsonyabb szinteken a vegyérték sávja és a vezetési sáv üres eredményeként ez az anyag nem áramvezetésre. A fémek Más helyzet áll elő, amikor az elektronok töltse nemcsak a vegyérték sáv, hanem egy jelentős része közülük a vezetési sávban, amely biztosítja a vezető tulajdonságot fémek, ezek a vezetékek aktuális. Emellett ezek a 2 x halmazállapotúak létezik, és egy közbenső lehetőség - félvezetők, amelyek bizonyos körülmények létezhetnek töltéshordozók az áramvezetésre mind a vezetési sávban, és a vegyérték sáv (és a szennyező sáv) típusától függően a szennyezéseket egy félvezető létezik vezetőképessége a szabad zóna (n-típusú) vegyértéke (p-típusú), és a szennyező vezetőképesség. A sávú meghatározza az energia mennyiségét kell közlünk az egy elektron úgy, hogy elmozdult a alján a vegyértéksáv a vezetési sávban.
Ha a hordozó rendszer egy félvezető nyugtalanít, például, a kihagyás keresztül a félvezető elektromos áram, a töltéshordozók, elektronok, hogy további energiát és változhat az alacsonyabb a magasabb állapotait, vagyis a a vegyérték sáv a vezetési sávban. Annak érdekében, hogy mozgassa a vegyértéksáv a vezetési sávban elektronok, legalább meg kell kapnia több energiát bandgap egyenlő a szélessége = bekövetkezhet például az alkalmazott elektromos mező a félvezető. Így, hatása alatt a javasolt elektromos mezőt a félvezető és egy elektromos áram által generált nem egyensúlyi töltéshordozók: elektronok a vezetési sávban és azok helyzetét (vagy furat) a vegyérték sáv. A nem egyensúlyi hordozóanyagokat, elektronok ebben az esetben lehet mozgatni vissza az állam alacsonyabb energiájú vagy, ahogy rekombinálódnak lyukak. Ebben az esetben az elektron energia szabadul, megkapta a külső befolyásoktól. Ez az energia lehet továbbítani atom rács - egy nonradiative rekombinációs; vagy formájában kibocsátott optikai foton - egy közvetlen sugárzásos rekombináció. Ha ezek a hatások befolyása alatt egy elektromos mező, ezt a jelenséget nevezik elektrolumineszcencia. Annak a valószínűsége, közvetlen sugárzásos rekombináció jelentőssé válik csak elegendően nagy koncentrációban nem-egyensúlyi hordozóanyagokat, attól függően, hogy a sávban az anyag szerkezetét. A hatékony elektrolumineszcens félvezetők kell kiválasztani egy közvetlen sávot szerkezet, amelyben az elektron impulzus az átmenetet a zónák között tartjuk (például, GaAs, GAR). Így, az elektromos mező a félvezető elő vagy generált elektrondonor-lyuk párok. Egyidejűleg generációs előfordulhat, és a fordított folyamat - az elektronok spontán legördülő spontán nem foglalt vegyértéksáv szintjeit a kvantum energia sugárzását. A rekombináció ezen típusa és emissziós nevezzük spontán.
Spontán emisszió jellemző a félvezető fénykibocsátó diódák.
Amellett, hogy a spontán rekombináció félvezetők is végbemehet, és kénytelen rekombinációs elektronok és lyukak, ami a stimulált, akár indukált emisszió rendszer. Kényszerített spontán rekombináció annyiban különbözik, hogy az elektron csökken a vezetési sáv a vegyérték sáv nem önkényes, de kénytelen az intézkedés alapján a fény kvantum vagy fotonenergia közel van. Így kibocsátott szekunder foton azonos frekvenciájú, az energia terjedési iránya és polarizációja egy fotont, ami miatt a rekombináció. Ez azt jelenti, hogy egy félvezető (vagy szerkezet), és fokozza a generációs fény; alapuló félvezető struktúrák létrehozására lézerek és erősítők.
Annak érdekében, hogy a félvezető erősíti beeső fény, hanem befogadni, akkor jelentősen megzavarhatja az egyensúlyt az elektronok eloszlását abban, hogy az elektronok teljesen megtöltött terület a fenék mellett a vezetési sáv, és a lyukak koncentrálódik a tetején a vegyérték sáv. Ezt az állapotot nevezzük degenerált félvezető és megvalósíthatók további adalékolási vagy bevezetésében szennyeződések poluprovdnik. Ilyen kitöltésével zónák foton abszorpciós együttható egy szűk energia tartományban meghaladó Fermi szintek az elektronok és a lyukak negatívvá válik, mivel, szaporító közegben foton egyenlő valószínűséggel okoz elektronok átvitelét az alacsonyabb energiájú állapotba a felső, és fordítva. Szerint a kvantum statisztikák egyensúlyi elektron energia eloszlásfüggvényt félvezető ez függ az elektron energia és a formája:
ahol az átlagos termodinamikai potenciál 1 vagy több elektron nevezett kémiai potenciál vagy Fermi szinten. A sáv szerkezetét a félvezető ábrán látható. 5.3.
Energia sáv TÁBLÁZAT SEMICONDUCTOR
Mivel az összes szintet a vezetési sávban van töltve, akkor ez a hatás előnyösen okoz stimulált fényemisszió. Ez a folyamat erősítés az optikai sugár, amikor egy része a tárolt energia egy félvezető, sugárzás terén, azaz a Ez alakítjuk fény.
Ha megad egy pozitív visszajelzés, például, az aktív közeg között a tükrök, lehetséges, hogy biztosítsa olyan állapot, amikor a nyereség meghaladja a veszteség, és mi lesz lézeranyagot fény a félvezető.
A legegyszerűbb és leggyakoribb eszköze gerjesztés az elektronok a félvezető befecskendezése kisebbségi töltéshordozók egész p-n átmenetet. Ebből a célból, képeznek p-n átmenet az erősen adalékolt p és n régióiban a félvezető. Ha mind a p-n átmenet erősen adalékolt, a kérelmet a p-n átmenet közvetlen torzítást okoz az elektron injekciót a p régióban. Így, közel a p-n átmenet generált hordozó koncentrációja elegendő az előfordulása stimulált emisszió és lézeres fellépés jelenlétében a tükrök (5.4 ábra). 5,6 és 5.5 ábra mutatja az elv generáló lézer és LED.
CARRIERS injekcióval P-N ÁTMENET