Những linh kiện quang bán dẫn thường gặp là

     
Tổng quan lại

Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng nhanh và phức tạp của công nghệ thông tin, vị những ưu điểm của các hệ thống thông tin quang, mà những thiết bị điện tử hiện ni đang sử dụng rất nhiều những linh kiện quang quẻ như LED, LCD, quang quẻ trở, photođiốt, tranzito quang, LASER, sợi quang quẻ dẫn, các bộ ghép quang...Tiêu biểu mang lại sự tiến bộ hối hả của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn quang quẻ là sự vạc hiện chất bán dẫn được liên kết từ những nguyên tố ở nhóm III cùng nhómV của bảng tuần hoàn Menđêlêep.

Trong chương này sẽ trình diễn về cấu tạo và nguyên tắc làm việc cũng như những tham số cơ bản của các linh kiện quang điện tử thường được sử dụng vào kỹ thuật tin tức hiện nay.

Đồng thời trình diễn một số sơ đồ mạch ứng dụng của chúng.

Bạn đang xem: Những linh kiện quang bán dẫn thường gặp là


Phát quang với cảm quang đãng

Cơ sở nguyên lý


Quá trình hấp thụ:

Quá trình hấp thụ (hình 11.1a) là quy trình mà tại đó khi tất cả một photon tương tác với vật chất thì một điện tử ở mức năng lượng cơ bản Ek sẽ nhận thêm năng lượng của photon (quang năng) với nhảy lên mức năng lượng kích say mê Ei.


Quá trình bức xạ tự phát:

Bức xạ tự phân phát là quá trình mà những điện tử nhảy lên mức năng lượng kích say mê Ei, nhưng chúng lập cập trở về mức năng lượng cơ bản Ek với phát ra photon gồm năng lượng hν. Mỗi một bức xạ tự phạt ta thu được một photon.

Hiện tượng này xảy ra không có sự kích thích phía bên ngoài nào và được gọi là quy trình bức xạ tự phát. Bức xạ này đẳng hướng và có pha ngẫu nhiên.


Quá trình bức xạ kích thích:

Nếu gồm một photon tất cả năng lượng hν tới tương tác với vật chất mà trong những lúc đó gồm một điện tử đang còn ở trạng thái kích mê say Ei, thì điện tử này được kích thích cùng ngay lập tức nó di chuyển trở về mức năng lượng cơ bản Ek và bức xạ ra một photon khác gồm năng lượng cũng đúng bằng ν h . Photon mới bức xạ ra này còn có cùng pha với photon đi đến và được gọi là bức xạ kích mê thích (hay bức xạ cảm ứng). Coi hình 11.1c.

*
Ba quá trình chủ yếu của sự tương tác giữa tia nắng và vật chất


LED phát ánh sáng nhìn thấy

Điôt vạc quang là linh kiện cung cấp dẫn quang đãng điện tử. Nó có khả năng vạc ra ánh nắng khi có hiện tượng tái hợp xảy ra vào tiếp xúc P-N. Điốt phân phát quang thường được gọi tắt là LED bởi vì viết tắt từ những từ tiếng Anh: Light- Emitting Diode. Tuỳ theo vật liệu chế tạo nhưng mà ta có ánh nắng bức xạ ra ở những vùng bước sóng không giống nhau.

Trong mục này ta sẽ trình bày trước hết về LED bức xạ ra tia nắng nhìn thấy gọi là LED chỉ thị. LED chỉ thị có ưu điểm là tần số hoạt động cao, kích thước nhỏ, công suất tiêu tốn nhỏ, ko sụt áp lúc bắt đầu làm việc. LED không cần kính lọc cơ mà vẫn đã cho ra màu sắc. LED chỉ thị rất rõ lúc trời tối. Tuổi thọ của LED khoảng 100 nghìn giờ.

Cấu tạo:

Điôt phân phát quang gồm bao gồm một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực anốt (A), catốt (K). Anốt được nối với buôn bán dẫn loại P, còn catốt được nối với chào bán dẫn loại N.

Hình dưới mô tả mô hình cấu tạo của LED và ký hiệu trong các sơ đồ mạch.

*
quy mô cấu tạo và cam kết hiệu của LED

Nguyên lý làm việc:

Sơ đồ nguyên tắc đấu LED mô tả vào hình dưới

*
Sơ đồ nguyên tắc của LED

Khi LED phân cực thuận, những hạt dẫn đa số khuếch tán ồ ạt qua tiếp xúc P-N, chúng gặp nhau sẽ tái hợp và những photon được phát sinh. Tốc độ tái hợp trong quy trình bức xạ tự phạt này tỉ lệ với nồng độ điện tử vào phần buôn bán dẫn p và nồng độ lỗ trống trong phần buôn bán dẫn N. Đây là các hạt dẫn thiểu số trong chất chào bán dẫn. Như vậy, để tăng số photon bức xạ ra cần phải gia tăng nồng độ hạt dẫn thiểu số trong những phần phân phối dẫn. Cường độ mẫu điện của điôt tỉ lệ với nồng độ hạt dẫn được "chích" vào các phần chào bán dẫn, bởi đó cường độ phân phát quang của LED tỉ lệ với cường độ loại điện qua điôt.

Như vậy LED gồm khả năng biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, nên nó được xem là dụng cụ phát quang.

Điện áp phân cực đến LED gần bằng độ rộng vùng cấm của vật liệu, do đó, những LED bức xạ ở những bước sóng khác biệt sẽ được chế tạo từ những vật liệu cung cấp dẫn gồm độ rộng vùng cấm không giống nhau và điện áp phân cực cho cái đó cũng không giống nhau. Mặc dù LED tất cả điện áp phân cực thuận tương đối cao (khoảng từ 1,6 v đến 3 v) và tất cả điện áp ngược cho phép tương đối thấp (khoảng từ 3 v đến 5 v).

Xem thêm: Đề Thi Học Sinh Giỏi Tiếng Anh Lớp 7 Cấp Thành Phố Có Đáp Án


LED phát hồng ngoại

Đối với những hệ thống tin tức quang yêu thương cầu tốc độ bit xấp xỉ 100 đến 200Mbit/s thuộc sợi quang quẻ đa mốt với công suất quang quẻ khoảng vài chục μw, các điôt phạt quang buôn bán dẫn thường là những nguồn sáng tốt nhất.


Cấu tạo:

Cấu tạo của LED hồng ngoại cơ bản là giống những LED chỉ thị. Để bức xạ tia nắng hồng ngoại, LED hồng ngoại được chế tạo từ vật liệu Galium Asenit (GaAs) với độ rộng vùng cấm EG = 1,43 eV tương ứng với bức xạ bước sóng khoảng 900nm.

Hình dưới mô tả cấu trúc của một LED hồng ngoại bức xạ tia nắng 950nm.

*
Cấu trúc của LED hồng ngoại bức xạ bước sóng 950nm

Trong phần epitaxy lỏng trong suốt GaAs (N) tạo một lớp tinh thể bao gồm tính chất lưỡng tính với tạp chất Silic là GaAsSi (N) và một tiếp xúc P-N được hình thành. Với sự pha tạp chất Silic ta tất cả bức xạ với bước sóng 950 nm Mặt dưới của LED được mài nhẵn tạo thành một gương phản chiếu tia hồng ngoại phát ra từ lớp tiếp xúc P-N.

Xem thêm: 13 Mẫu Vải May Áo Sơ Mi Nam Cao Cấp Và Những Ưu Nhược Điểm, Tổng Hợp Các Loại Vải Sơ Mi Nam Cao Cấp


Nguyên lý làm cho việc:

Hình dưới tế bào tả sơ đồ nguyên tắc đấu nối LED hồng ngoại trong mạch điện.

*
Sơ đồ nguyên tắc của LED hồng ngoại

Khi phân cực thuận mang đến điôt, những hạt dẫn đa số sẽ khuếch tán qua tiếp xúc P-N, bọn chúng tái hợp với nhau với phát ra bức xạ hồng ngoại. Các tia hồng ngoại bức xạ ra theo nhiều hướng không giống nhau. Những tia hồng ngoại bao gồm hướng đi vào trong các lớp chất chào bán dẫn, gặp gương phản chiếu sẽ được phản xạ trở lại để đi ra bên ngoài theo thuộc hướng với các tia khác. Điêù này có tác dụng tăng hiệu suất của LED.

Ánh sáng hồng ngoại gồm đặc tính quang học giống như ánh sáng nhìn thấy, nghĩa là nó có khả năng hội tụ, phân kỳ qua thấu kính, có tiêu cự.... Tuy nhiên, ánh nắng hồng ngoại rất khác ánh nắng nhìn thấy ở khả năng xuyên suốt qua vật chất, trong đó tất cả chất buôn bán dẫn. Điều này giải ưa thích tại sao LED hồng ngoại gồm hiệu suất cao hơn LED chỉ thị do tia hồng ngoại ko bị yếu đi khi vượt qua các lớp chào bán dẫn để ra ngoài.

Tuổi thọ của LED hồng ngoại dài đến 100000 giờ. LED hồng ngoại ko phát ra ánh nắng nhìn thấy nên rất có lợi trong các thiết bị kiểm rà vì không khiến sự chú ý.