44.Светодиоды

Светодиоды- п/п излучатели с одним или неск р-п переходами,основн задача- преобраз-ие эл энергии в световую.Чаще све-ды раб-ют при прямом смещении и исп-ся в оптич линиях связи, оптопарах, для гальванич развязки. Принцип действия – переход ẽ из зоны проводимости (ЗП) в валентную зону (ВЗ). При этом излуч-ся квант свет. энергии = по вел-не ширине запрещ зоны п/п-ка, т.е. .Потери ими энергии осущ-тся при различного типа столкновениях(рис.10)

Цветовую гамму излучения свет-да можно подправить путем введения атомов примеси донорного и акцепторного типов. Так, если внедрить в п/п атомы О₂ и Cd будет наблюдаться красное излучение, а, если атомы S и Cd, то зеленое (рис 11). Для числа переходов ẽ из ЗП в ВЗ кристалла необходимо число их столкновений друг с другом, с потенц барьерами.Практически это реализуется созданием р-п переходов, на кот. подают прямое смещение такой вел-ны,чтобы в обл его пространств. заряда вып-лось нер-во 0. В этом сл эл-ны п области под действием прям. смещения уходят в обедненную область р-n перехода, где сталкиваясь,друг с другом и с остатками потенц. барьера массами переходят в ВЗ и на примесные уровни, излучая свет (рис. 12).Полный прямой ток р-п перехода - сумма токов инжекции и рекомбинации.Ток рекомбинации опис-ся выраж:

где τ - t жизни нз в обл , n, - конц-ция собственных нз, определяемое из равенства: Ток рекомб-ции пропорц-ен конц-ции собств. нз,поэт ток рекомб-ции термостабилен в рабдиапазоне t-р прибора;В р-п переходе, работ-щем в реж свет-да ток рекомб-ции во много раз превыш ток инжекции.Дан нер-во реализуется в гетеропереходах, т.к. при прямом смещении у них сущ-ет баръер достаточной вел-ны,о кот разбив-ся поток эл-нов прям тока (рис. 13)

В светодиодах можно получить излучательн. рекомбинацию и при подаче обратного напряжения на р-п переход. Но тогда вел-на обратного смещения или некоторой критич. вел-ны напряжения, при кот. возникают ударная ионизации и управляемый туннел.пробой. Это создает достаточн. конц-цию ẽ потерявших энергию = или больше энергий ионизации матричных и примесных атомов,что вынуждает их переходить на соответствующие уровни энергии с излучением света. В кач-ве основных п/п-ковых материалов испол-ют арсенид галлия (красный цвет), фосфид галлия (белый), нитрит галлия (голубой), карбид кремния (оранжевый).

41Фотовентильный режим.

В этом случае на весь кристалл накладывается внешнее электрическое поле. Поэтому где бы ни возникала электронно-дырочная пара, под действием внешнего электрического поля она начинает разделяться, образуя фотопроводимость. Обратное смещение увеличивает ширину ОПЗ т. к. направление внешней напряженности и поля ОПЗ p-n перехода имеют одно и тоже направление, поэтому в принципе ширину ОПЗ можно раздвинуть до контактов. Фотодиодный режим используется для выбора рабочей точки и повышения эффективности механизма преобразования световой энергии в электрическую. С точки зрения конструкции все фотодиоды разделяются на

два типа:

П ри обратном смещении в конструкции а) ОПЗ можно раздвинуть до контактов эффективно осуществляя регулировку фотопроводимости. В конструкции б) глубина залегания ОПЗ должна быть меньше диффузионной длины, т. к. в этом случае электронно-дырочные пары могут дойти до ОПЗ. В электронные схемы фотодиоды включаются в качестве элемента делителя:

Выходное напряжение импульса фотодиода так же как и фоторезистора имеет время нарастания t _Н и время спада t _С .

42.Фототранзистор.

Ф ототранзистор – это управляемый свет потоком прибор с двумя или большим числом взаимод-щих м/у собой p-n переходов.Фототр-ры применяют в оптронах,в кач-ве первичного преобразователя (датчика) измерительно-информаци-й сис-мы,элемента приемного модуля, волоконно-оптических систем связи средне пропускной способности.Схема конструкции биполярного фототр-ра имеет вид:

Фототр-р состоит из Э p+ -типа,области базы n-типа освещаемой световым

потоком, и К p-типа проводимости.Принцип работы следующем: оптич сигнал с энергией большей или равной энергии ионизации атомов базы,генерирует в области Б электронно-дырочную пару, кот полем Э,К и ОПЗ p-n перехода эмиттер-база направляет электронно-дырочную пару в ОПЗ p-n перехода

эмиттер-база,где электрон и дырка рекомбинируют соотв-но с + и - зарядом p-n перехода. Потенц барьер перехода на вел-ну рекомбинировавших зарядов,и запускается механизм мощной инжекции дырок из Э в Б, где они подхватываются поле источника питания и ОПЗ p-n перехода база-коллектор.Оба поля выводят их во внешнюю электрическую цепь. Фототр-р можно представить в виде

след эквивалентной схемы: