Рубрики

Архивы



Введение в оптику, признанные работы

Полупроводниковые лазеры и светодиоды

Отличительной особенностью полупроводников, выделяющей их в отдельный класс материалов, является возможность управляемо изменять (инвертировать) тип их электропроводности. При этом диапазон изменения удельного сопротивления может достигать двадцати и более порядков. Именно эта особенность привела к созданию перехода и развитию полупроводниковой электроники и микроэлектроники. Области их применения весьма широки от простейших световых индикаторов до волоконно-оптических линий связи сверхвысокой емкости и лазерных систем обработки информации.

Их тиражи превышают миллионы при номенклатуре в несколько сотен модификаций. Обладая традиционными преимуществами полупроводниковых приборов: малыми габаритами, мгновенной готовностью к работе, низкими рабочими напряжениями, надежностью, совместимостью с интегральной полупроводниковой технологией, экономичностью и низкой стоимостью, светодиоды и инжекционные лазеры с высокой эффективностью преобразуют электрическую энергию (сигнал) в световую.

Полупроводниковые гетеропереходы и инжекционная электролюминесценция: В основе действия полупроводниковых светодиодов и инжекционных лазеров лежит электролюминесценция. Наиболее эффективным методом электрического возбуждения является инжекция не основных носителей заряда через переход при приложении к нему напряжения U в прямом направлении. Такая люминесценция называется инжекционной. За счет процессов рекомбинации их концентрация убывает по мере удаления от области объемного заряда.

При постоянной скорости рекомбинации (постоянном времени жизни) концентрация не основных носителей заряда будет уменьшаться с расстоянием по экспоненциальному закону. Расстояние, на котором их концентрация уменьшится в е раз, равно диффузионной длине. Эту величину можно принять за глубину, на которую проникают инжектированные носители заряда. Таким образом, глубину проникновения электронов в область можно считать равной их диффузионной длине L» в материале, а глубину проникновения дырок в область диффузионной длине Lp в материале.

По мере удаления от области объемного заряда квази уровни Ферми будут приближаться к равновесному уровню, сливаясь с ним. На расстоянии, равном диффузионной длине Д, или Lpt неравновесный квази уровень Ферми снижается (для электронов) или повышается (для дырок) приблизительно на от максимального значения на границе -л-перехода. Другими словами, расстояние FZ-F! как и ранее, определяется уровнем возбуждения, Заметим, что максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу, ограничено.

Для обычного гомо перехода это значение определяется полным спрямлением потенциального барьера. Внешним полем можно почти полностью убрать потенциальный барьер, но невозможно сделать его отрицательным. Физически это означает, что переходе (точнее, в гомо переходе) концентрация инжектированных не основных носителей заряда, как правило, не может превышать концентрацию этих же носителей в эмиттере, где они являются основными. Хвосты плотности состояний появляются вследствие сильного легирования материала.
Полупроводниковые светодиоды и лазеры

Электронная эмиссия

Явление вылета электронов из поверхности тел называется электронной эмиссией. В зависимости от того, каким способом создают для электронов возможность выхода, различают следующие виды электронной эмиссии: Автоэлектронная (холодная) эмиссия, при которой дополнительная энергия электронам в металле не сообщается, а благодаря сильному электрическому полю, создаваемому у поверхности катода, понижается и сужается потенциальный барьер, в результат с чего сильно увеличивается его проницаемость для электронов.

Термоэлектронная эмиссия, при которой дополнительная энергия, необходимая электронам для совершения работы выхода, получается ими за счет нагревания тела;. иначе говоря, увеличивается тепловая энергия электронов. Фотоэлектронная эмиссия, при которой дополнительная энергия сообщается электронам светом, которым облучается поверхность тела.

Вторичная электронная эмиссия, при которой электроны получают дополнительную энергию за счет кинетической энергии первичных электронов, бомбардирующих поверхность тела. Электронная эмиссия под ударами ионов, при которой увеличение энергии электронов происходит в результате ударов ионов о поверхность катода. Ниже мы подробно рассмотрим каждый вид эмиссии. Влияние электрического поля и автоэлектронная (холодная) эмиссия.

Мы уже упоминали, что если электронам не сообщается дополнительная энергия извне, то для вылета их необходимо изменить форму потенциального барьера так, чтобы уменьшить работу выхода или увеличить его проницаемость, что достигается созданием у поверхности катода электрического поля Е достаточно большой величины. Учет влияния на высоту потенциального барьера внешнего электрического поля можно наглядно иллюстрировать..

Из этих кривых видно, что внешнее поле изменяет форму потенциального барьера, понижая его, вследствие чего уменьшается работа выхода электрона. Опыт показывает, что микроскопические частички (как электроны) руководствуются не законами классической механики, а более сложными законами и могут «просочиться сквозь потенциальный барьер» даже при недостаточной кинетической энергии их.

Наглядно представить себе такой процесс мы не умеем, так как в повседневной жизни привыкли все представлять себе с точки зрения классической механики. Вероятность такого «просачивания сквозь барьер» оказывается тем большей, чем он ниже и уже, т. е. чем- больше напряженность внешнего поля. Формула эта довольно хорошо согласуется с опытами. Термоэлектронная эмиссия.

Явление термоэлектронной эмиссии в вакууме было впервые обнаружено Эдисоном в 1883 г. при исследовании им лампы накаливания с угольной нитью. Он помещал в лампу кроме угольной нити Д» еще металлическую пластинку А и заметил, что если присоединить эту пластинку через гальванометр G к положительному концу нити, то гальванометр обнаруживает наличие тока. Если же пластинку присоединить к отрицательному концу нити или нить не накалить, то гальванометр тока не обнаруживает.
Электронная эмиссия

Электропроводность суспензий

Общепринятое определение электропроводности суспензий связано с процедурой измерений. Если пространство между плоскопараллельными электродами заполнено суспензией, между разностью потенциалов 8V, задаваемой на электродах, и измеряемым электрическим током , как и в случае электролита, наблюдается линейная зависимость. Коэффициент пропорциональности между и V является макроскопической характеристикой электропроводящих свойств дисперсной системы, подобно тому как аналогичным образом характеризуется электропроводность электролита.

В рассматриваемом случае, когда дисперсная фаза не обладает проводимостью, проводимость суспензии пропорциональна средней проводимости электролита, заполняющего поры. Линии тока между электродами огибают поверхность непроводящих частиц и за счет этого удлиняются, что эквивалентно снижению удельной электропроводности системы, и поэтому F всегда больше единицы.

Геометрия порового пространства, конечно, влияет и на прохождение поверхностного тока. Введение фактора F во второе слагаемое соответствует допущению о тождественности факторов структурного сопротивления для обоих составляющих проводимости в формуле. Уравнение само по себе не вызывает возражений, так как отличие К от К обусловлено наличием двойного слоя и его естественно называть поверхностной проводимостью. Однако как основа для разработки метода расчета уравнение некорректно. Формула представляется недостаточно теоретически обоснованной по двум причинам.

Первая заключается в том, что нет убедительных оснований считать F для поверхностного тока равным таковому для случая заполнения пор пространственно однородным электролитом. Для пояснения второго фактора рассмотрим две системы геометрически тождественные и находящиеся в равновесии с электролитом проводимостью К- Однако в системе двойной слой отсутствует, а в системе II имеется еще и поверхностная проводимость.

Вывод формулы на основе означает, что наличие двойного слоя в системе II эквивалентно параллельному подключению канала проводимости, т. е. что двойной слой проявляется только как дополнительное число носителей заряда. До сих пор обращалось внимание на то, что наличие двойного слоя в системе II означает не только увеличение числа носителей заряда, но и изменения напряженности поля, также влияющего на ток. Действительно, ДС каждой частицы поляризуется, так что частица превращается в диполь. Суммарное поле поляризованных двойных слоев частиц влияет на прохождение тока.

Применительно к общему случаю системы с любой геометрией порового пространства учесть влияние поляризации двойного слоя не представляется возможным. Однако эту задачу можно решить для модельных систем, например для суспензии сферических или даже эллипсоидальных частиц. Предлагаемый нами метод решения позволяет получить формулы и для F, вследствие чего возможно объяснить сущность метода на примере расчета F, представляющего самостоятельный интерес.
По материалам elprov-dispsist.ru

Добавить комментарий

  

  

  

kod 777