Esittely
Puolijohdevaloa säteilevien diodien rakenteellinen toleranssi ei ole niin tiukka kuin laserien, eikä resonanssihalua ole onteloa.Siksi säteilyttyä valoa ei ole laser, vaan fluoresenssi.LED on laite, joka toimii ulkoisen eteenpäin suuntautuvan jännitteen kanssa.Positiivisen puolueellisuuden vaikutuksen mukaan N -alueen elektronit diffundoivat positiiviseen suuntaan ja tulevat aktiiviseen kerrokseen, ja myös P -alueen reikät diffundoivat negatiiviseen suuntaan ja pääsevät aktiiviseen kerrokseen.Aktiiviseen kerrokseen saapuvat elektronit ja reikät on suljettu aktiiviseen kerrokseen heterojunktion esteen vuoksi, muodostaen populaation inversio jakauman.Nämä elektronit, joiden populaatiot ovat käänteisiä ja jakautuneet aktiiviseen kerrokseen.
Edut
Puolijohdevaloa säteilevät diodit ovat rakenteellisia yksinkertaisia, pieniä, pieniä työvirtaa, helppokäyttöisiä ja alhaiset kustannukset, joten ne ovat erittäin suosittuja optoelektronisissa järjestelmissä.
Eteenpäin suuntautuvassa puolueellisuudessa puolijohde PN-risteys tai vastaava rakenne voi säteillä näkyvää valoa tai lähellä infrapunavaloa.Tätä laitetta, joka muuntaa sähköenergian suoraan kevyeksi energiaksi.
Luminesenssi on prosessi, jolla tietyllä tavalla objektin sisälle tallennettu energia muunnetaan kevyeksi säteilyksi.Valoa säteilevän esineen valonsäteily syntyy, kun materiaalin viritetyt elektronit siirtyvät maatilaan.Puolijohteet (pääasiassa ryhmän III ja ryhmän V elementtien koostuvat yhdisteiden puolijohteet ja jaksollisessa taulukossa) valoa säteilevät diodit ovat elektroluminesoivia laitteita.
Elektroluminesenssin ilmiö löydettiin vuonna 1923 eikä kiinnittänyt ihmisten huomiota tuolloin.Nykyaikaisen tekniikan kehityksen myötä valoa säteileville laitteille esitetään uusia vaatimuksia, ja toivotaan, että valoa säteilevä putki on yksinkertainen, luotettava, pitkäikäinen, edullinen ja miniatyyri.Siksi elektroluminesenssitutkimus on ollut erittäin aktiivinen 1960 -luvulta lähtien.
Luminesenssimekanismi
Atomit, molekyylit ja tietyt puolijohdemateriaalit voivat absorboida ja lähettää vastaavasti tietyn aallonpituuden valoa tai sähkömagneettisia aaltoja.Kiinteän aineen energiakaistateorian mukaan elektronien energiatila puolijohteissa on jaettu valenssikaistalle ja johtamiskaistalle.Kun elektronisiirrot (siirrot) energiatilasta E1 yhdellä kaistalla energiatilaan E2 toisella kaistalla, se emittoi tai absorboi tietyn taajuuden.(υ) valo.υ on verrannollinen energiaeroon (ΔE = E2-E1), ts.
υ = ΔE/h (Hz)
Tätä kaavaa kutsutaan bohr -tilaksi.Kaavassa h = 6.626 × 10-34J · S.Kun valoa säteilevä diodi toimii, eteenpäin suuntautuvan puolueellisuuden alla, puolijohteen tyhjään johtavuusnauhaan miehitetään yleensä siihen injektoiduilla elektronilla risteyksen läpi.Nämä elektronit yhdistyvät valenssinauhan reikien kanssa fotonien säteilemiseksi, mikä tuottaa valoa.Emition fotonienergia on suunnilleen kaistavälienergia johtamiskaistan ja tietyn puolijohteen valenssikaistan välillä.Tätä luonnollista emissioprosessia kutsutaan spontaaniksi säteilyyhdistelmäksi (kuva 1).On selvää, että säteilynsiirtymä on rekombinaation luminesenssin perusta.Injektoitujen elektronien rekombinaatio voi olla myös ei-valaiseva, ts. Ei-radiatiivinen rekombinaatio.Ei-radiatiivisen rekombinaation tapauksessa johtamiskaistan elektronien menettämästä energiasta voi tulla useita fononeja, aiheuttaen kristallin lämmityksen.Tätä prosessia kutsutaan moniphonon-siirtymiseksi;Se voi myös yhdistää valenssinauhan reikiä ja siirtää energian johtamiskaistalle.Toinen kaistan elektroni asettaa sen korkean energian tilaan ja siirtää sitten ylimääräisen energian hilaan lämpötasapainoprosessin kautta.Tätä prosessia kutsutaan Auger -rekombinaatioksi.Elektronipitoisuuden lisääntyessä tämä prosessi tulee tärkeämmäksi.Kaistan välisen siirtymisen aikana kaksi säteilevän rekombinaation ja ei-radiatiivisen rekombinaation prosessia kilpailevat keskenään.Jotkut luminesoivat materiaalit ovat hallitsevia säteilyyhteistyössä.
LED -rakenne
LED: n rakenne vaihtelee sovelluksen ja materiaalien dopingin mukaan.Näkyvään valoon ja näyttöön käytetyt LEDit vaativat rakenteellisen optimoinnin korkean hyötysuhteen saamiseksi;Optiseen viestintään käytetyt LEDit vaativat suurta säteilyä maksimitehon yhdistämiseksi kuituun, ja myös halutaan suurempia modulaatioominaisuuksia.Indikaattorivalon ja näytön käytetyn LED -perusrakenne on esitetty kuvassa 2.
Puolijohdevaloa säteilevät diodit
LED: n päästöaaltopituuden optisen viestintää varten on oltava ikkunan alueella, jolla optisella kuidulla on pieni häviö.0.8-0.9 Micron Gaalas-GAAS -valoa säteilevä putki ja 1.3-1.6 Micron Ingap-InP -valoa säteilevä putki, aallonpituus putoaa vastaavasti kvartsikuidun ensimmäiseen ja toiseen läpinäkyvään ikkunaan.Kuidun kanssa yhdistämiseksi valoa voidaan erottaa LEDin toiselta tai toiselta puolelta.
LED -vaatimukset
①Panosta sisäistä kvanttitehokkuutta ja vähennä kidivaurioita ja haitallisia epäpuhtauksia niin paljon kuin mahdollista;②Panosta ulkoinen kvanttitehokkuus, ja rakenteen tulisi olla kätevä valonkeruulle, uuttamiselle ja päästöille;③ Tietoja kuljetuslähtövirtaa voidaan käyttää optisen lähdön suoraan moduloimaan korkealla nopeudella;④ Rakenne on edistettävä lämmön hajoamista ja vähentää optisen tehon laskua, joka johtuu liitoksen lämpötilan noususta;⑤Sillä on oltava korkea säteily, joten on käytettävä suoraa kaistaväliä puolijohteita ja rakenne, joka voidaan ajaa suurella virrantiheydellä.
LED: n ominaisuudet
Työskentele alhaisella jännitteellä (alle 2 volttia) ja matalavirtaa (kymmeniä milliampeja 200 milliampiin), alhaisen tehonkulutuksen, pienen koon ja suoraan käytettyjen kiinteiden olosuhteiden piirien yhteydessä;vakaa, luotettava ja pitkä käyttöikä (105-106 tuntia);Kätevä modulaatio, valonlähtö moduloimalla moduloimalla LED: n virta;Valon lähtövasteen nopeus on suhteellisen nopea (1-100 MHz);Hinta on halpa."Sovellus"-LEDiä voidaan käyttää indikaattorin valossa, tekstin digitaalisen näytön, optisen kytkentälaitteen, optisen viestintäjärjestelmän kevyen lähteenä jne..
LED -valovirran laskeminen
φ = 2πì (1-cos½a)
Laitteen ominaisuudet
①Output -valoteho ja virta ja lämpötila Suhde on esitetty kuvassa 3.Pintavalojen säteileville laitteille, kun ajoteho on pieni, lähtöteho kasvaa lineaarisesti virran kanssa, ja kun virta on suuri, siitä tulee sublineaarinen ja myös kvanttitehokkuus vähenee, mikä johtuu lämpötilan noususta nousustalämmitys.Super luminesoivan diodin huomattavan vahvistuksen vuoksi laitteella on vahva superlineaarinen käyttäytyminen, ja lämpötilan herkkyys kasvaa vahvistuksen lisääntyessä;②Spektriaaliset ominaisuudet, pinta-säteilevä LED-spektri kuuluu spontaaniin emissiospektriin.
Gaalas (Gallium alumiini -arseeni) -laite, jonka päästöaallonpituus 0.85 μm, spektrin leveys on noin 40 nm.1.3 μm Ingap (indium gallium arsenidifosfori) laite on 110 nm.Päätypäästöjohdolla, joka johtuu itse imeytymisestä aktiivisen alueen pituudella, on kapeampi spektrin leveys kuin pintapäästöjen LED.Super luminesoivien diodien osalta optisen vahvistuksen ulkonäkö tekee spektristä entistä kapeamman;③ Lähtöteho ja modulaatio kaistanleveys vaikuttavat LEDin lähtötehoon.Kaistanleveyttä säätäviin tekijöihin kuuluvat rajapinta ei-säteilyyhdistelmä, itsensä imeytyminen ja kantoaaltovuoto.Nämä tekijät liittyvät laiteparametreihin, kuten dopingpitoisuuteen, vähemmistöjen kantaja -diffuusiopituuteen, absorptiokerroin, aktiivisen kerroksen paksuus, kaistavälienergiaero aktiivisen kerroksen ja sulkemiskerroksen välillä kaksoisheterojunktiossa ja injektiovirran tiheys.Nämä parametrit liittyvät jälleen.Modulaatiokaistanleveydellä on vastavuoroinen suhde lähtötehoon, ja tehon ja kaistanleveyden tuote on myös erilainen tietylle materiaalille ja prosessitasolle.
Merkkivalo
Indikaattorivaloina käytetyillä LED -levyillä on kaksi rakennetta: säteittäinen lyijyrakenne ja aksiaalinen lyijärakenne.Entinen on pieni ja alhainen hinta, ja se sopii asennukseen painetulle piirilevylle;Jälkimmäinen voidaan asentaa kojetauluun tai suoraan tulostettuun piirilevyyn.Pienin LED -indikaattori, joka on suunniteltu erityisesti tulostettuihin piirilevyihin, jotka ovat yhteensopivia transistorien ja integroidujen piirien kanssa, piirin tilan ja vikojen osoittamiseksi.LED-levyjä voidaan käyttää televisiokanavan viritysindikaattorina, ja sitä voidaan käyttää myös erittäin hyvässä radiossa ja nauhurissa, samoin kuin auto-, lentokone- ja sähkömekaanisessa teollisuudessa.Useimmat indikaattorivalot ovat yhden putken ytimiä, ja uusiin kehityksiin sisältyy kaksivärinen ja moniväriset valot.
Aakkosnumeerinen
LEDiä käytetään taskulaskimena.Digitaalisten kellojen ja elektronisten instrumenttien digitaalinen näyttö on yleensä seitsemän segmentin näyttö.Mutta työpöytälaskimille joustavampi näyttömenetelmä (koko tekstien tuottamiseksi) on 35-pisteinen matriisi, jossa LEDit on järjestetty 7 × 5-taulukkoon. The 35-dot matrix is expensive and the drive circuit is complicated, and its application is not as wide as the seven-segment display device.Optinen kytkentälaite GAAS: n (tai GAASP) LED- ja Si-PN-liitäntäilmaisimen yhdistelmä voidaan tehdä moniksi uusiksi laitteiksi optisen sähköisen ja sähköoptisen siirron suhteen, jota yleensä kutsutaan optiseksi kytkentälaitteiksi.Tunnettu on Opto-kytketty eristäjä, joka on nopea, luotettava ja tarjoaa sähköisen eristyksen jopa 2.5 kV.GaAsled- ja SI-transistorit yhdistetään rei'ityskortin tai nauhan optoelektronisen lukupään muodostamiseksi, joka on luotettavampi, vakaampi, iskunkestävä ja vähemmän virrankulutus kuin volframilämpövalaisimien säteittäinen jakauma.Auton sytytyslaite, joka käyttää optista kytkentälaitetta.Gaalas-negatiivisen resistenssin valoa säteileviä diodeja voidaan käyttää valoa säteilevinä kytkiminä, hallittavissa olevat valoa säteilevät tasasuuntaajat ja valon aallonpituuden muuntaminen.
Valonlähde
Sovellukset, kuten viestintä, tietojenkäsittely ja optinen kytkentä.Kaksi optisiin viestintäsovelluksiin sopivia päävalolähteitä ovat korkean radianssin LED ja puolijohteiden injektiolaserit.LED on vakaa, luotettava, pitkä käyttöikä, yksinkertainen käyttöpiiri, voima ei ole herkkä lämpötilaan, ja sitä käytetään laajalti keskipitkän ja lyhyen etäisyyden valonlähteenä (rautatie, sähkövoima, kuljetus, julkinen turvallisuus jne..) optiset viestintäjärjestelmät.Gaalas-GAAS-pintavalojen säteilevän putken kaistanleveys on 10-20 MHz, joka sopii toissijaiseen ryhmän optiseen viestintäjärjestelmään (joka voi lähettää 120 puhelinta), ja siirtoetäisyys on yli 5 kilometriä.Gaalas-GAAS-nopean reunan valoputken kaistanleveys on 50-100 MHz, joka sopii kolmen tason ryhmäoptiseen viestintäjärjestelmään (joka voi lähettää 480 puhelinta), ja siirtoetäisyys on useita kilometrejä.Ingap-INP-LEDiä voidaan käyttää pidemmän matkan (yli 10 kilometrin) lähetysjärjestelmissä.Lisäksi LED -levyjä käytetään myös tietojenkäsittelyyn, kuvansiirtoon, etäisyyteen ja tunnistamiseen.