Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
предельные нагрузки на колбу, которые определяются допустимой энергией вспышек и их частотой.
Спектр излучения импульсных ламп (рис. 1.18) в видимой области является сплошным и соответствует цветовой температуре 6000 К. В ближней ИК-области (0,75—1,2 мкм) наблюдаются мощные полосы резонансного излучения с общим количеством энергии, равным примерно энергии излучения в видимой области. Сплошное излучение играет заметную роль в УФ-области и видимой.
На рис. 1.19 представлена типичная схема включения импульсной лампы. При включении тумблера В конденсаторы Сг и Са заряжаются. Напряжение V подбирают несколько меньшим, чем Uc. При замыкании кнопки К конденсатор Сг разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора Тр. На поджигающий электрод подается высоковольтный импульс, возникает первичная ионизация, и конденсатор разряжается через лампу. Ток разряда достигает тысяч ампер.
§ 1.4. Светодиоды
Полупроводниковые излучающие диоды (светодиоды). Принцип действия таких светодиодов основан на явлении электролюминесценции при протекании тока б структурах с р—я-переходом. Светодиоды выполняют функции, противоположные функциям
28
О)
Зона проводимости
11 III Валентная
зона
Рнс. 1.20. Расположение энергетических зон н уровня Ферми светодиода с р-п-переходом и механизм рекомбинации в модели зон полупроводника: а — расположение энергетических зон и уровня Ферми светодиода с р—i—п-переходом;
б — механизм рекомбинации в модели зон полупроводника;
I — переходы типа зона—зона; II — зона — примесный уровень; III — переход с возбуждением электрона в зоне проводимости;-------иалучающке переходы; — — — —
иензлучающие переходы
фотоприемников, т. е. эффективно преобразуют электрическую энергию в световую. Когерентное монохроматическое или спонтанное высвечивание (люминесценцию) в полупроводнике можно получить рядом методов возбуждения (накачки): оптическим возбуждением, воздействием на полупроводник пучком быстрых электронов с высокой энергией, возбуждением полупроводниковых материалов импульсами электрического поля (ударной ионизацией).
Наиболее распространен метод возбуждения при инжекции носителей через р—п-переход. Рассмотрим инжекционное возбуждение на примере р—i—л-перехода (рис. 1.20).
В идеальном полупроводнике при температуре абсолютного нуля валентная вона полностью занята электронами, а зона про-
29
водимости полностью свободна, и полупроводник является изолятором. При температуре выше абсолютного нуля вследствие теплового возбуждения часть валентных электронов переходит в зону проводимости; в валентной зоне при этом возникают свободные места — дырки.
Термодинамическое равновесие характеризуется наличием равновесных концентраций основных носителей — дырок и электронов — соответственно в областях pan, которые способны рекомбинировать с носителями противоположного знака в случае ин-жекции последних извне.
Если приложить к переходу типа р—i—п напряжение в прямом направлении, то в зоне i появляются носители обоих знаков. При рекомбинации этих носителей энергия от внешнего источника напряжения передается решетке полупроводника в виде тепловой или выделяется в виде световой энергии. Потенциальный барьер между областями pan снижается, и электроны из области п диффундируют в область объемного .заряда (зона i на рис. 1.20, а) и в область р, создавая там избыточную (неравновесную) концентрацию.
Аналогично возникает избыточная концентрация дырок в области п и слое объемного заряда. На рис. 1.20, б на примере зоннопримесной структуры полупроводника показаны основные явления при рекомбинации. Если электрон или дырка переходят из одной зоны в другую, рекомбинация называется межзонной, или собственной (/). Во втором случае (//) переход осуществляется через примесный уровень. Такая рекомбинация называется примесной. Возможен и третий случай рекомбинации (III). В результате межзонной или примесной рекомбинации при исчезновении пары (электрона и дырки) выделяется энергия, определяемая в первом случае шириной запрещенной зоны Л?3, а во втором — шириной Л?п от зоны проводимости до примесного уровня. Энергия может выделяться в виде светового кванта (f — AE/h) или передаваться в виде тепла (фон он а) кристаллической решетке. В третьем случае энергия рекомбинирующей пары передается третьему свободному носителю тока, который в дальнейшем отдает полученную энергию в виде фонона. Переходы с выделением световых квантов называют излучательными, а в случае выделения фононов — безызлучательными.
Наилучшими свойствами для излучательной рекомбинации обладает арсенид галлия GaAs. В зависимости от числа инжектированных носителей по отношению к состоянию термодинамического равновесия в зоне проводимости увеличивается, а в валентной зоне уменьшается уровень населенности допустимых состояний. При малом уровне инжекции это отклонение может привести к спонтанным переходам, т. е. к люминесценции, а при большой инжекции — после достижения инверсии населенности — к лазерному эффекту (интенсивному, когерентному, монохроматическому высвечиванию с малым углом расходимости луча).
