Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
ожидать, падает с ростом темпе-> ратуры и равна 40, 32 или 7% при 20, 77
или 300 °К соответственно.
На рис. 10,о показаны спектры излучения |[Л. 10], наблюдавшиеся при 77 и
300 °К- Энергия фотона в максимуме спектра уменьшается при возрастании
тем-20° 10° 0 10° 20° пературы в основном из-за
уменьшения ширины запрещение ной зоны с температурой.
Более детально эта за-
*50
00° -О 05 S 30
50° 05 §
80° &
Ж 1- S
80°
30°
Cads
' CaAs-^ >С, 3=375а/см.г
источник
Отра-ti
г н> 'жатель \_
¦УЖ Солнечная
L ' батарея и __| 1 1 j--
0 100 200 300
Температура, °К
б)
Рис. 9. Электролюминесцентные диоды.
а - диаграмма направленности излучения ЭЛ-диодов, изображенных иа рис. 8
(1 - плоской; 2- полусферической; 3- параболиче-
ской геометрии [Л. 13])- б - зависимость внешней эффективности от
температуры для инфракрасного источника н поперечное сечение-устройства,
используемого для измерения эффективности [Л. 101
висимость изображена на рис. 10,6 для энергии фотона, соответствующей
максимуму спектра излучения и уровню полуширины пика излучения. Небольшое
увеличение ширины спектра между точками, соответствующими полуширине пика
излучения, не является неожиданным, если исходить из ранее приведенных
уравнений (2) - (5). Время оптического ответа источников излучения, т. е.
время от приложения импульса тока до возникновения излучения,
определяется излучательным временем жизни при спонтанной радиации,
требуемым для рекомбинации инжектированных носителей. В большинстве
полупроводников с прямой зоной вследствие малых времен жизни время ответа
имеет порядок 1 нсек и менее.
Инфракрасные источники излучения, изготовленные на основе GaAs, как и
другие электролюминесцентные (ЭЛ) диоды, в основном применяются в тех
случаях когда особенно важна развязка между входным нли управляющим
сигналом и выходом. На рис. 11 показаны два типичных изолятора с
оптической связью, в которых б качестве источника излучения используется
диод, изготовленный из
Поток фотонов, относит, ед.
Длина волны, А WOOO 3500 3000 8500 10°
W
10'
10'
- 1 1 гг -т 1 гтгт- ТТ
\0,03В эв*/ ojwsej
- 295°К
/ \77°К
Разрешением^ 1 1 ' 1 1 ' 1 1 1 1 I-L -L .
\\\
\ v \\\
'•V'
\\ч ' V
\ \N
' Уровень' ^
• Г половинной\' мощности \ --Максимум
-
8300
8500
8700 I
"о
3100
3300
Щ 1,38 1,40 1,48
Энергия фотона, эв
а)
100 800 300
Температура, °К
б)
Рис. 10. Спектр излучения GaAs-диода, наблюдавшийся при 300 и 77°К (а),
зависимость пика излучения от температуры (б) [Л. 10].
ZaAs-инфра-красный источник
Фотодетектор ~~А-
сигнсьл
Изолиро-
ванный
выходной
сигнал
Оптоэлектронное устройство а)
eaAs-инфра-красный источнин Фотодетектор
Входной i сигнал I
Транзистор "-¦[+ t
Изолиро-
ванный
выходной
сигнал
Пптоэлектронное устройство с большим коэффициентом усиления
б)
Рис. 11. Оптоэлектронные устройства.
а - оптсэлектронное устройство, в котором использованы источник
инфракрасного излучения (GaAs-диод) и p-i-n диод в качестве фото детектор
а; б - оптоэлсктрон-ное устройство с большим коэффициентом усиления, в
котором сигнал усиливается транзистором.
GaAs, а в качестве фотодетектора p-i-n диод. Если на диодиз GaAs подан
входной электрический сигнал, в диоде генерируется инфракрасное
излучение, которое затем детектируется фотодетектором. Излучение вновь
превращается в электрический сигнал в виде тока, который протекает через
сопротивление нагрузки, как показано на рис. 11 ,а, при отношении токов
hlh порядка Ш-3. Сигнал может быть усилен, как показано на рис. 11,6, и
тогда отношение токов повышается до 0,1. Такие приборы называются
изоляторами с оптической связью, так как в них отсутствует обратная связь
от выхода к входу и передача сигнала осуществляется со скоростью света.
Кроме единичных электрэлюминеецентных диодов, могут быть изготовлены
матрицы излучательных диодов с помощью планарной технологии и ионной
имплантации (JT. '14]. Диодные матрицы могут использоваться в оптических
переключателях в сочетании с соответствующими матрицами фотодетекторов,
например, таких, как кремниевые р-п-р-п переходы и ячейки памяти.
3. Солнечные батареи
Явлением, противоположным электролюминесценции, при которой электрическая
энергия преобразуется в излучение, является фо-товольтаический эффект.
Наиболее важным фотовольтаическим прибором является солнечная батарея,
которая представляет собой р-п переход большой площади и в которой
солнечное излучение с высокой эффективностью непосредственно
преобразуется в электрическую энергию (к. п. д. солнечных батарей
достигает 10% и более).
•Высокоэффективные солнечные батареи были впервые созданы в '1954 г. [JT.
15]. При этом были использованы диффузионные кремниевые р-п переходы.
Схематически типичная солнечная батарея изображена на рис. 12,с. .В
настоящее время солнечные 'батареи изготавливаются из многих
полупроводниковых материалов. Имеются диффузионные солнечные батареи,
изготовленные из GaAs [JT. 16], батареи из CU2S - CdS l[JT. 17] и Se -
