Úvod
Strukturální tolerance polovodičových světelných diod není tak přísná jako toleka laserů a neexistuje žádná rezonanční dutina.Emitované světlo proto není laserové, ale fluorescence.LED je zařízení, které pracuje s externím dopředným napětím.Pod působením pozitivního zkreslení se elektrony v oblasti N rozptýlí pozitivním směrem a vstoupí do aktivní vrstvy a díry v oblasti P se také rozptýlí v negativním směru a vstoupí do aktivní vrstvy.Elektrony a otvory vstupující do aktivní vrstvy jsou uzavřeny v aktivní vrstvě kvůli heterojunkční bariéře a vytvářejí distribuci inverze populace.Tyto elektrony, jejichž populace jsou převráceny a distribuovány v aktivní vrstvě.
Výhody
Polovodičové diody emitující světlo jsou jednoduché ve struktuře, malé velikosti, s nízkým pracovním proudem, snadno se používají a nízké náklady, takže jsou velmi populární v optoelektronických systémech.
Pod předpětí může polovodičový křižovatka nebo podobná struktura emitovat viditelné světlo nebo blízké infračervené světlo.Toto zařízení, které přímo přeměňuje elektrickou energii na světelnou energii, se nazývá dioda emitující světlo nebo zkráceně.
Luminiscence je proces, kterým je energie uložená určitým způsobem uvnitř objektu přeměněna na záření světla.Světelné záření objektu emitujícího světla je generováno, když excitované elektrony v přechodu materiálu do základního stavu.Polovodiče (hlavně složené polovodiče složené z prvků skupiny III a skupiny V v periodické tabulce) jsou diody emitující světlo emitujícími elektroluminiscenčními zařízeními excitovanými proudem.
Fenomén elektroluminiscence byl objeven v roce 1923 a v té době nepřitahoval pozornost lidí.S vývojem moderních technologií jsou pro zařízení emitující světla předloženy nové požadavky a doufá se, že trubice emitující světlo je jednoduchá, spolehlivá, dlouhodobá, levná a miniaturizovaná.Výzkum elektroluminiscence je proto od šedesátých let velmi aktivní.
Luminiscenční mechanismus
Atomy, molekuly a určité polovodičové materiály mohou absorbovat a emitovat světlo nebo elektromagnetické vlny určité vlnové délky, v tomto pořadí.Podle teorie energetických pásů pevných látek je energetický stav elektronů v polovodičích rozdělen do valenčního pásma a vodivého pásma.Když elektronové přechody (převody) z energetického stavu E1 v jednom pásmu do energetického stavu E2 v jiném pásmu, vyzařuje nebo absorbuje určitou frekvenci.(υ) Světlo.υ je úměrný rozdílu energie (δe = e2-e1), tj.
υ = ΔE/H (Hz)
Tento vzorec se nazývá podmínka Bohr.Ve vzorci H = 6.626 × 10-34J · s.Když funguje dioda emitující světla, pod předpojatost vpřed je prázdné vodivé pásmo polovodiče obvykle obsazeno elektrony vstříknuté do ní prostřednictvím křižovatky.Tyto elektrony rekombinují s otvory ve valenčním pásmu, aby emitovaly fotony, které generují světlo.Emitovaná fotonová energie je přibližně energií pásmové mezery mezi vodivým pásem a valenčním pásem konkrétního polovodiče.Tento proces přirozeného emise se nazývá spontánní záření (obrázek 1).Je zřejmé, že přechod záření je základem rekombinace luminiscence.Rekombinace injikovaných elektronů může být také nesvítící, tj. Ne-radiační rekombinace.V případě neradiační rekombinace se může energie ztracená elektrony vodivého pásma stát více fonony, což způsobí, že se krystal zahřívá.Tento proces se nazývá multi-Phonon Transition;Může také rekombinovat s valenčními otvory a přenést energii do vodivého pásma.Další elektron v pásmu jej staví do stavu s vysokou energií a poté převádí přebytečnou energii do mříže procesem tepelné rovnováhy.Tento proces se nazývá rekombinace šneku.Jak se koncentrace elektronů zvyšuje, tento proces se stane důležitějším.Během přechodu mezi kapelami konkurují dva procesy radiační rekombinace a neradiační rekombinace.Některé luminiscenční materiály převládají v radiační rekombinaci.
LED struktura
Struktura LED se liší v závislosti na aplikaci a dopingu materiálu.LED používané pro indikaci viditelného světla a zobrazení vyžadují strukturální optimalizaci, aby se získala vysoká účinnost;LED diody používané pro optickou komunikaci vyžadují vysokou zář, aby bylo možné spojit maximální výkon do vlákna a jsou také požadovány větší modulační schopnosti.Základní struktura LED použitá jako indikátorové světlo a displeje je znázorněna na obrázku 2.
Diody emitující polovodičové světlo
Emisní vlnová délka LED pro optickou komunikaci musí být v oblasti okna, kde optické vlákno vykazuje nízkou ztrátu.0.8-0.9 mikronních trubic emitující světla gaalas-gaas a 1.3-1.Vlnová délka šetrná trubice micron ingaasp-inp padá na první a druhá průhledná okna křemenného vlákna, v tomto pořadí.Aby se spojil s vláknem, lze světlo extrahovat z jedné nebo jedné strany LED.
Požadavky na LED
① Zlepšete vnitřní kvantovou účinnost a co nejvíce snižte defekty krystalů a škodlivé nečistoty;② Improvete externí kvantovou účinnost a struktura by měla být vhodná pro sběr, extrakci a emise světla;③ Výstupní proud přenášení informací lze použít k přímému modulaci optického výstupu vysokou rychlostí;④ Struktura by měla vést k rozptylu tepla a snížit pokles optické energie způsobený nárůstem teploty spojení;⑤ Musí mít vysokou zář, takže musí být použity polovodiče mezery přímého pásma a strukturu, která může být poháněna při vysoké hustotě proudu.
Charakteristiky LED
Práce na nízkém napětí (menší než 2 volty) a nízkým proudem (desítky miliamů až 200 miliampánek), nízká spotřeba energie, malá velikost a přímé používané v souvislosti s obvody v pevném stavu;stabilní, spolehlivý a dlouhý život (105-106 hodin);pohodlná modulace, modulace výstupu světla modulací proudu LED;Rychlost odezvy světelného výstupu je relativně rychlá (1-100 MHz);Cena je levná.LED "Aplikace" LED lze použít jako indikátorové světlo, text-digitální displej, optické vazebné zařízení, světelný zdroj optického komunikačního systému atd..
Výpočet světelného toku LED
φ = 2πì (1-cos½a)
Charakteristiky zařízení
①output Světelný výkon a proud a teplota je vztah znázorněn na obrázku 3.U zařízení pro emitující světla povrchového světla, když je ovlivňovací síla malá, výstupní výkon se lineárně zvyšuje s proudem a když je proud velký, stává se sublineárním a kvantová účinnost se také snižuje, což je způsobeno zvýšením teploty v teplotě teplotyteplo.Vzhledem ke značnému zisku super luminiscenční diody má zařízení silné superlineární chování a citlivost na teplotu se zvyšuje se zvýšením zisku;②spektrální charakteristiky, povrchově emitující LED spektrum patří do spontánního emisního spektra.
Zařízení Gaalas (Gallium Aluminium Arsenic) s emisní vlnovou délkou 0.85 μm, spektrální šířka je asi 40 nm.1.3μm IngaASP (indium gallium arsenid fosfor) zařízení je 110 nm.LED koncových emisí v důsledku sebevědomí podél délky aktivní oblasti má užší šířku spektra než LED povrchové emise.U super luminiscenčních diodu vzhled optického zisku je spektrum dále užší;③ Výstupní výkon a šířka pásma modulace ovlivňuje výstupní výkon LED.Mezi faktory, které upravují šířku pásma, patří neradiační rekombinace, sebe-absorpce a únik nosiče.Tyto faktory souvisejí s parametry zařízení, jako je dopingová koncentrace, délka difúze menšinového nosiče, absorpční koeficient, tloušťka aktivní vrstvy, rozdíl v oblasti mezery v pásmu mezi aktivní vrstvou a vrstvou zadržení ve dvojité heterojunkci a hustota vstřikování proudu a vstřikovací proudová hustota.Tyto parametry se opět vztahují.Modulační šířka pásma má vzájemný vztah s výstupním výkonem a produkt napájení a šířky pásma se také liší pro konkrétní úroveň materiálu a procesu.
Indikátor světla
LED diody používané jako indikátorová světla mají dvě struktury: radiální struktura olova a struktura axiálního olova.První z nich má malou velikost a nízkou cenu a je vhodný pro instalaci na desce s obvodem;posledně jmenovaný může být nainstalován na přístrojové desce nebo přímo na desce s obvodem.Nejmenší indikátor LED navržený speciálně pro desky s potištěným obvodům, kompatibilní s tranzistory a integrovanými obvody, což naznačuje stav obvodu a poruchy.LED lze použít jako indikátor ladění televizního kanálu a lze jej také použít ve vysoce věrných rádiích a magnetofonech, jakož i v automobilovém průmyslu, letadlech a elektromechanickém průmyslu.Většina indikátorových světel jsou jádra jedné trubice a nový vývoj zahrnuje dvoubarevná a vícebarevná světla.
Alfanumerický
LED se používá jako kalkulačka kapsy.Digitální zobrazení digitálních hodinek a elektronických nástrojů je obecně displejem segmentu segmentu.U kalkulaček na ploše je však flexibilnější metoda zobrazení (pro výrobu plného textu) matice 35-tečka, kde jsou LED uspořádány v pole 7 × 5. 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.Optické vazebné zařízení Kombinace Gaa (nebo GAASP) LED a SI-PN Junction Detector může být vyrobena do mnoha nových zařízení pro optickou elektrickou a elektrickou optickou přenosu, obvykle nazývané optická vazba zařízení.Známý je opto-spojený izolátor, který je vysokorychlostní, spolehlivý a poskytuje elektrickou izolaci až 2.5 kV.Tranzistory Gaasled a SI jsou kombinovány tak, aby tvořily punčovou kartu nebo optoelektronickou hlavu, která je spolehlivější, stabilnější, šoková odolná a menší spotřeba energie než radiální rozdělení lamků na vlákno.Zapalovací zařízení automobilů využívající optické vazebné zařízení je efektivní palivo, snadno se spustí a funguje hladce.Diody emitující světlo na světlo emitující záporné odpory lze použít jako spínače emitující světlo, kontrolovatelné usměrňovače emitující světlo a konverze vlnové délky světla světla.
Zdroj světla
Aplikace, jako je komunikace, zpracování informací a optická vazba, vyžadují, aby LED mají dobrou směrnici.Dva hlavní zdroje světla vhodné pro aplikace optické komunikace jsou LED diody a polovodičové injekční lasery.LED je stabilní, spolehlivý, dlouhý život, jednoduchý pohon, napájení není citlivé na teplotu a je široce používána jako zdroj světla a krátké vzdálenosti (železnice, elektrická energie, přeprava, veřejná zabezpečení atd..) systémy optické komunikace.Šířka pásma trubice emitující povrchové světlo Gaalas-Gaas je 10-20 MHz, což je vhodné pro optický komunikační systém sekundární skupiny (který může přenášet 120 telefonů), a vzdálenost přenosu je větší než 5 kilometrů.Světelná trubice Gaalas-Gaas má šířku pásma 50-100 MHz, která je vhodná pro tříúrovňový skupinový optický komunikační systém (který může přenášet 480 telefonů) a vzdálenost přenosu je několik kilometrů.LED diody INGAASP-inp lze použít v přenosové systémech s delší vzdáleností (více než 10 kilometrů).Kromě toho se LED používají také pro zpracování informací, přenosu obrázků, rozsahu a snímání.