Энергетическая модель полупроводника в теории твердого тела

На этом эффекте работает большое число полупроводниковых  приборов: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, светоди-оды, фототиристоры, оптроны, фотоемкости, фотоваристоры и т. д.

Внешний фотоэффект также широко используется в т.н. фото- эмиссионных ФЭ-приборах: в вакуумных фотоумножителях, пере-дающих ТВ трубках (супериконоскоп, суперортикон ) и др. Этот эф-фект заключается в том, что энергия фотона  расходуется на прео-даление работы выхода из вещества и приобретение электроном кинетической энергии.

Фотодиоды

Фотодиод (ФД) – это П-П диод, в котором при воздействии света в результате внутреннего фотоэффекта в p-nпереходе возникает односторонняя фотопроводимость. Конструктивно - это кристалл с p-n переходом, перпендикулярно плоскости которого направлен световой поток.

У него два режима работы: фотогенераторный ( для солнечных батарей) без внешнего источника питания, и фотодиодный (пре-образовательный ) с внешним источником ( для фотодатчиков устройств автоматики )

Структура и схема включения ФД в ф-генераторном (а) и фотодиодном (б) режимах

Первый и второй режим характеризуются соответствующими формулами:                  

 

где  – напряжение на зажимах фотодиода, В; Кл – заряд электрона (в показателе степени экспоненциального члена).

Применение:

Ф-диоды широко применяются в обоих режимах. В ф-диодном - в устройствах ввода и вывода информации со скоростями считыва-ния информации до 2000 знаков в секунду; датчиках приборов фотометрии, в киноаппаратуре, фототелеграфии и т.д.;  

В фотогенераторном режиме - в солнечных элементах в составе космических и наземных солнечных батарей Для них наиболее перспективны полупроводники с высоким к.п.д: кремний, фосфид индия, арсенид галлия, сульфид кадмия, теллурид кадмия и др. К.п.д. кремниевых солнечных элементов составляет около 20 %, а плёночных - даже более20 %. Внутренний фотоэффект использу-ется также в более сложных фоточувствительных приборах – фототранзисторах и фототиристорах, рассмотренных, например, в [8].

Светодиоды

Светоизлучающим диодом (светодиодом ) называется ФЭ при-бор, излучающий свет на основе инжекционной электролюминес-ценции p-n-перехода при рекомбинации электронов и дырок при подаче на диод достаточно больших прямых токов. Наиболее эф-фективны p - n -переходы на основе ПП МЭТ с большой шириной запрещенной зоны Δ W ₃₃ : арсенид и фосфид галлия ( GaAs, GaP, а также карбид кремния (карборунд SiC). Светодиоды испускают некогерентное излучение с узким спектром. Длина волны излуче-ния λ _ИЗЛ зависит от материала полупроводника и его легирования:

                           

В соответствии с этим выпускаются светодиоды с различным цветом излучения: GaAs – инфракрасное излучение с λ _изл ≈ 0, 9мкм; GaP – оранжево-красные с λ _изл ≈ 0, 6-0, 7мкм и SiC – голубое и зеленое излучение с λ _изл ≈ 0, 46-0, 6мкм.

Яркость их излучения - на уровне10³-10⁵кд/м²при небольших токах( 5 – 20 мА) и напряжениях (1, 5–3 В), что позволяет легко их применять совместно с цифровыми микросхемами;

Конструкция и характеристики светодиода: а- вольтамперная; б – яркостная;

1 – линза; 2 – металлический баллон; 3 –кристалл с p - n переходом;                                                                                                         

4 – изолирующее основание; 5 – выводы;
Светодиоды обозначают буквами АЛ, АЛС, ИЛ, КЛ в сочетании с цифрами, например АЛ305А – знаковый светодиод, красного свечения, с яркостью свечения 350 кд/м². Типовые данные некоторых светодиодов приведены в следующей таблице:

Тип	Цвет свечения	Напряжение U пр, В	Ток I пр, мА
АЛ113А АЛ304В АЛС321А АЛС334А АЛС335А	Красный Зеленый Желто-зеленый Желтый	2 3 3, 6 3, 3 3, 5	5 10 20 20 20

Применение. В составе излучающих приборов: в волоконно-оптических линиях передачи информации, в беспроводных линиях связи в пределах прямой видимости, в оптоэлектронных парах для преобразования электрического сигнала в оптический, а также для накачки твердотельных лазеров; в индикаторных приборах  для визуального восприятия информации; в точечных и знаковых матрицах и буквенно-цифровых дисплеях, в частности, в виде бегущей строки; в полупроводниковых лазерах с излучающими p - n переходами, являющимися перспективными для передачи инфор-мации по оптическим линиям связи вместо проводов [12].

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: