Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
показано на -рис. 37, полная гмкость фактически равна двум
последовательным емкостям [Л. 48];
1 /С=d/e j+2,3A,m/em, (69)
где и Вт - диэлектрическая проницаемость изолятора и металла
соответственно, а Хт - длина характеристического проникновения в металл (c)
(около 0,5 А для благородных металлов) .
Из уравнения (69) заключают, что емкость, обусловливаемая вторым членом,
составляет около 106 пф[см2. Полная емкость на единицу площади будет
намного меньше величины 6,/d, когда d
о
приближается к величине около 5 А.
а
-Н1|.
Металл Диэлек- Металл трин
Уровень
Рис. 37. Проникновение электрического поля в металл в структуре (MIM)
(металл-диэлектрик-металл) [Л. 48].
о
7, Теоретические Id=30 А Теоретичесние l?i/?B=3 О 7г Энспериментальные
77 "К ? 7, Экспериментальные 1"пп 0" • Энспериментальные I
4АСТЬ tV
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
1. Введение
Оптоэлектронные приборы объединяют приборы, преобразующие электрическую
энергию в оптическое излучение или наоборот, и приборы, детектирующие
оптические сигналы с помощью электронных процессов. Одним из наиболее
важных оптоэлектронных приборов является полупроводниковый лазер. В
связи, с большим значением лазеров и протекающих в них процессов мы
полностью посвятим физике лазеров гл. 13.
В настоящей главе мы прежде всего рассмотрим электролюми-несцентные
приборы, которые эмиттируют некогерентное оптическое излучение, когда
через них протекает ток или к ним приложено напряжение. Испускаемый свет
обусловлен спонтанной эмиссией излучения в относительно широком
спектральном интервале (как прави-
О
ло, около 100 А) в противоположность узкому спектральному интер-
о
валу излучения лазера (около 0,1 А). Эти приборы могут быть .использованы
как средство для изучения примесных или других энергетических уровней в
запрещенной зоне полупроводников. Однако на практике они применяются в
основном в системах оптической связи, оптической индикации и освещении.
Затем мы рассмотрим фотовольтаические приборы, которые преобразуют
оптическое излучение в электрическую энергию. Наиболее важным
фотовольтаическим прибором является солнечная батарея. В настоящее время
солнечные батареи являются основными источниками питания с большим сроком
службы для спутников и космических кораблей. В § 3 мы рассмотрим
характеристики солнечных батарей и особенно влияние радиации:
бомбардировки потоком электронов. и протонов.
В § 4 мы рассмотрим три класса фотодетектор.ов: фоторезисюры, которые
используются в основном для детектирования инфракрасного излучения,
фотодиоды с обедненным слоем, которые используются в качестве
быстродействующих детекторов когерентного и некогерентного излучения, и
лавинные фотодиоды, которые являются многообещающими твердотельными
детекторами вследствие внутреннего усиления тока.
2. Электролюмииесцеитные приборы
Люминесценция - это эмиссия оптического излучения (в ультрафиолетовой,
видимой или инфракрасной области спектра) в результате возбуждения
электронов в материале (к люминесценции, одна-
ко, не относится тепловое излучение). На рис. 1 приведена диаграмма
электромагнитного спектра {Л. 1]. Несмотря на то, что излучение различных
длин волн возбуждается различными методами, природа процесса возбуждения
во всех случаях одинакова. Спектральный
ЧастотоЛгц)
Гамма
'излучения
Рентгеновское
излучение
Упь тра гр цоле Уповал область Видимая -область г
_Инфра
красная
область
Короткие
радиоволны
Область
^ радио- ^ Вещания
_ Длинные радиоволны
Рис. 1. Диаграмма электромагнитного спектра [Л. 1].
диапазон, воспринимаемый человеческим глазом, простирается всего от 0,4
до 0,7 мкм. Инфракрасная область простирается от 0,7 примерно до 200 мкм
и ультрафиолетовая область включает длины
волн от 0,4 примерно до 0,002 мкм (20 А). В этой и последующей главах мы
прежде всего будем интересоваться областью длин волн
от близкой инфракрасной (около 1 мкм) до близкой ультрафиолетовой (около
0,1 мкм).
В зависимости от источника возбуждения (Л. 2а] различаются следующие типы
люминесценции: фотолюминесценция, включающая возбуждение оптическим
излучением; катодолюминесценция - возбуждение пучком электронов;
радиолюминесценция - возбуждение другими быстрыми частицами или
излучением -высокой энергии; электролюминесценция - возбуждение
электрическим полем или током.
В этом разделе мы в основном коснемся физики электролюминесценции н
полупроводниковых электро-люмннесцентпых приборов, таких, как источники
инфракрасного излучения, изготовленные из арсенида галлия, применяемые в
оп тической связи, и источники света <на основе фосфида галлия,
используемые в тех случаях, когда приемником излучения является челове
ческий -глаз.
1. Излучателъные переходы, электронные переходы, которые возникают в
результате возбуждения различных типов и приводят к люминесцентному
излучению. %в основном одинаковы. На рис. 2 представлена схематическая
диаграмма основных видов переходов в полупроводниках и изоляторах.
