材料的光性能ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-01 00:02本頁(yè)面
【正文】 生 數(shù)量較大的自發(fā)復(fù)合輻射 ，導(dǎo)致材料明亮發(fā)光； ? 一個(gè)獲得足夠數(shù)量的電子－空穴對(duì)的 傳統(tǒng)辦法 就是 使 pn 結(jié)處于 正向偏置狀態(tài) ， 在同一空間（結(jié)區(qū)） 注入大量的電子和空穴，它們相遇復(fù)合發(fā)出較強(qiáng)的光； 一、 P型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 Ed EFn Ec Ea Ev EFp + EF Ec Ev qΦ0 + + + Φ0 — 載流子擴(kuò)散形成的反向平衡電場(chǎng) (a) 偏壓 V=0 (b) 偏壓 V=V 二、 pn結(jié) 接觸后形成的能帶及 電致發(fā)光 Ec Ev q(Φ0V) 勢(shì)壘降低 qV EFn EFp qV I=0 I 0 ?1. LED發(fā)光原理 （ 1） 無(wú)偏壓時(shí)，載流子在 pn結(jié)界面擴(kuò)散，形成反向內(nèi)電場(chǎng)Φ0 ，阻礙載流子繼續(xù)流過(guò)，達(dá)到熱平衡，之后無(wú)載流子通過(guò)，無(wú)發(fā)光現(xiàn)象； （ 2） 在 pn結(jié)外加一正向偏壓 V，從外界 不斷地 注入載流子，維持 非平衡 載流子，使電子和空穴持續(xù)復(fù)合發(fā)光，電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?；這就是發(fā)光二極管（ LED）。 發(fā)光躍遷方式： ?本征躍遷： 帶間躍遷，能量最大； ?非本征接躍遷： 帶與雜質(zhì)能級(jí)之間，雜質(zhì)能級(jí)之間； 發(fā)出可見(jiàn)光的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度 Eg ： ～ eV。 2 、 Ge 和 Si 可以制成優(yōu)良的 pn 結(jié)，但帶隙在光譜的紅外部分，而且是間接帶隙材料，復(fù)合躍遷幾率低，不宜作發(fā)光材料。 GaAs是直接帶隙材料，但帶隙小于 eV，不能發(fā)出可見(jiàn)光。故需要調(diào)節(jié)其 Eg，使其落入可見(jiàn)光區(qū)。 2. LED對(duì)材料的要求 LED種類(lèi)繁多，其中，應(yīng)用最廣泛的是 GaP（間接躍遷，Eg= ）、 GaAs1xPx (直接和間接躍遷混合 )。 3. LED能帶工程 （ 帶隙調(diào)節(jié) — 摻雜 ） ? 替位式雜質(zhì)替代 N: GaP 綠光 LED 用 N 替代 P，成負(fù)電中心而成為電子陷阱，進(jìn)而形成陷阱－電子－空穴復(fù)合體，發(fā)射 λ=570nm的綠光 。 Zn/O: GaP 紅光 LED ? 改變躍遷類(lèi)型，二者復(fù)合（合金化） GaAsxP1x = x GaAs + (1x) GaP GaAs （直接） ? GaAs1xPx ? GaP（間接） x＝ 0（ GaAs）， Eg較?。t外），不能發(fā)出可見(jiàn)光； x= 時(shí)（ ）， Eg增大到可見(jiàn)光范圍； x=， ， ， ； 4. LED的優(yōu)點(diǎn)： 利用率，能耗，壽命； P166 激光產(chǎn)生的前提： 處于高能級(jí)上的電子數(shù)大于處于低能級(jí)上的電子數(shù)（ 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ）， 受激輻射 自發(fā)輻射 。 激光（ Laser amplification by stimulated emission of radiation） ,受激輻射光放大 簡(jiǎn)稱(chēng)，單色性好、相干性強(qiáng)、方向性好的高能相干光束。 1916年，愛(ài)因斯坦發(fā)表 《 關(guān)于輻射的量子理論 》 ； 1921年，赫爾發(fā)明微波磁控管； 1955年，巴索夫等提出三能級(jí)微波固體激光器原理 ； 1957年，斯科韋爾等研制第一臺(tái)微波激光器模型； 1960年，梅曼研制成功第一臺(tái)紅寶石激光器 。 激光 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)： 在通常情況下，因?yàn)?熱力學(xué) 的 平衡態(tài) 服從波爾茲曼分布律，使得處于 基態(tài) （最低能級(jí)）的原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于處于 激發(fā)態(tài)（較高能級(jí)）的原子數(shù)。為了形成足夠的激發(fā)輻射，得到強(qiáng)相干的激光束，必須 激發(fā) 原子群體，使 亞穩(wěn)態(tài) 上的原子數(shù)目超過(guò)基態(tài)上的。該過(guò)程稱(chēng)為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 各種激發(fā)方式被形象化地稱(chēng)為 泵浦或抽運(yùn) 。為了使激光持續(xù)輸出，必須 不斷地 “ 泵浦 ” 以補(bǔ)充高能級(jí)的粒子向下躍遷的消耗量。 例如，氦氖激光器中，通過(guò)氦原子的協(xié)助，使氖原子中的兩個(gè)能級(jí)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得激光。 亞穩(wěn)態(tài) 一、能級(jí)結(jié)構(gòu) ?ν 1 ?ν 2 ?ν 3 激發(fā)態(tài) 基 態(tài) 釹釔鋁石榴石 紅寶石 P167 （ a）示意圖 (b) 實(shí)物圖 冷卻管 二、激光器工作原理 1 2 3 4 5 6 1. 激光工作物質(zhì) 產(chǎn)生、發(fā)射激光的物質(zhì)，固體單晶，氣體等；通過(guò)摻雜控制亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。 Cr3+Al2O3， Nd3+YAG (P170) 2. 激發(fā)光源 使 1從基態(tài)達(dá)到激發(fā)態(tài)， 3. 聚光腔 使各向同性的受激輻射（激光），向軸向聚集； 4. 光學(xué)諧振腔 對(duì)軸向聚集的激光進(jìn)行多次全反射，大量相干、放大，獲得單色、高功率激光，從部分反射端發(fā)射； 5. 冷卻系統(tǒng) 對(duì)激光器及腔體進(jìn)行冷卻保護(hù)； 三、常見(jiàn)激光器及其用途 1. HeNe激光器 2. CO2激光器 3. 紅寶石激光器 4. 釔鋁石榴石激光器 P16
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