理學(xué)光電技術(shù)ppt課件(參考版)
2025-02-24 15:51本頁面
【正文】 高能電子與空穴復(fù)合 釋放能量 光子 半導(dǎo)體發(fā)光 輻射光波長 半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 Eg 材料（攙雜） 發(fā)光二極管性能 主要參數(shù)和特性 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 半導(dǎo)體器件、發(fā)光器件 工作參數(shù) 電學(xué)參數(shù)、光學(xué)參數(shù) 電學(xué)參數(shù) 工作電流、正向電壓、功耗、響應(yīng)時間、反向電壓、反向電流等 光電器件手冊中查到 光學(xué)參數(shù) 輻射波長、光譜特性、發(fā)光亮度、光強(qiáng)分布等 ① 伏安特性 正向電壓較小不發(fā)光 正向死區(qū) 與普通半導(dǎo)體二極管相同 開啟電壓： GaAs 1V GaAsP GaP（紅） GaP（綠） 2V 電壓： ~3V 加反向電壓時不發(fā)光 反向飽和電流 反向擊穿電壓： 5~20V左右 工作電壓 大量發(fā)光區(qū) ② 光譜特性 不是純單色光（譜線比激光寬、比復(fù)色光源窄） 峰值波長 700nm左右， 半寬度約 100nm； GaAs 譜線寬度 25nm （單色光） PN結(jié)溫度上升 峰值波長向長波方向漂移 動態(tài) 參數(shù)：響應(yīng)時間（開啟與熄滅的時間延遲） 下降時間（ tF） 開啟時間（ tr） 切斷電源后，發(fā)光亮度從 90%降到 10%所經(jīng)歷的時間 接通電源后，發(fā)光亮度從 10%到達(dá) 90%所經(jīng)歷的時間 響應(yīng)時間很短 動態(tài)場合（ 10~100MHz） 壽命長 105h以上（電流密度 1A/cm2） 電流密度大 發(fā)光亮度高 壽命很快縮短 正常使用 白熾燈泡的 30倍；間歇使用 30年 用途：指示燈、電平指示、安全閃光、交替閃光、電源極性 指示、數(shù)碼顯示等 高亮度 LED 汽車儀表顯示燈、汽車尾燈、交通信號燈等 （節(jié)約能源） （ 4~10ns） （ 4~幾十 ns） 四．激光器 ? 激光器的工作原理 ：工作物質(zhì)，諧振腔，泵浦源 ? 激光器分類 ：氣體激光器，固體激光器，染料激光器，半導(dǎo)體激光器 ? 激光的特性 ：單色性，方向性，亮度，相干性 。 P區(qū)空穴擴(kuò)散進(jìn)入 N區(qū) ,對于 N區(qū)稱為少數(shù)載流子的注入 。 N區(qū)電子擴(kuò)散進(jìn)入 P區(qū) ,對于 P區(qū)稱為少數(shù)載流子的注入 。 內(nèi)建電場 PN 結(jié)形成 外加 正向 電壓 (正向偏置 ) P 區(qū) N 區(qū) 內(nèi)電場 + ? U R 外電場 外電場使 P區(qū)的空穴和 N區(qū)的電子向 PN 結(jié)移動 ,中和部分離子 使空間電荷區(qū)變窄。 三、固體發(fā)光光源 ? 粉末場致發(fā)光光源 ? 薄膜場致發(fā)光光源 ? 注入式場致發(fā)光光源 發(fā)光二極管 ?發(fā)光二極管 (LED LightEmitting Diode):由于 少數(shù)載流子 在電場作用下能量增加，這些載流子在 PN結(jié)區(qū)的注入與復(fù)合而產(chǎn)生的發(fā)光的器件 面光源 專用 線光源 點光源 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體 N 型 +5 +4 +4 +4 +4 +4 磷原子 自由電子 電子為 多 數(shù)載流 子 空穴為 少 數(shù)載流 子 載流子數(shù) ? 電子數(shù) P 型 +3 +4 +4 +4 +4 +4 硼原子 空穴 空穴 — 多子 電子 — 少子 載流子數(shù) ? 空穴數(shù) 施主 離子 受主 離子 工作原理 PN 結(jié) (PN Junction)的形成 1. 載流子的 濃度差 引起多子的 擴(kuò)散 2. 復(fù)合使交界面 形成空間電荷區(qū) (耗盡區(qū)、勢壘區(qū) ) 空間電荷區(qū)特點 : 無載流子， 阻止擴(kuò)散進(jìn)行， 利于少子的漂移。 14 光電技術(shù)中常用光源簡介 常用光源種類 熱輻射光源 氣體放電光源 固體發(fā)光光源 激光器 一、熱輻射光源 ? 發(fā)光特性 可用普朗克公式精確計算 ? 光通量為 連續(xù)光譜，光譜寬 ，紫外和可見光少 ? 采用 穩(wěn)定的供電 （穩(wěn)壓或穩(wěn)流），可使輸出的光輻射有較高的穩(wěn)定度 白熾燈 人造黑體輻射源 ?種類 二、氣體放電光源 利用氣體放電原理來發(fā)光的光源 如：將氫、氦、氘、氙、氪或者金屬蒸汽（汞、鈉、硫等） 充入燈中 運動：電子 陽極，離子 陰極 原子躍遷 高能級 低能級（發(fā)光） 氣體放電電源的特點： ① 發(fā)光效率高，比白熾燈高 2~10倍，可節(jié)省能源； ②結(jié)構(gòu)緊湊，耐震、耐沖擊； ③壽命長，大
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