Главная страница
Навигация по странице:

  • Различают три области ультрафиолетового излучения

  • Видимое излучение

  • Инфракрасное излучение

  • 9.Энергетические уровни и квантовые переходы. Спонтанные переходы. Вынужденные переходы.

  • 10.Механизм генерации излучения в полупроводниках.

  • 11.Прямозонные и непрямозонные полупроводники.

  • 12.Поглощение сета в твердых телах.

  • Ответы оптоэлектроника. 1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника


    Скачать 1.97 Mb.
    Название1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника
    АнкорОтветы оптоэлектроника.docx
    Дата16.03.2019
    Размер1.97 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОтветы оптоэлектроника.docx
    ТипДокументы
    #28241
    страница7 из 11

    Подборка по базе: Спецификация к блоку цилиндров.docx, Расчет тепловой схемы блока с турбоустановкой К-500-240.doc, Что такое танец.docx, Ананлиз А.А. Блок.docx, Что такое информационная.docx, требования к персоналу асептического блока, правила поведения пр, Что такое блокчейн.docx, Что такое природа.docx, Что такое криптовалюта и блокчейн.docx.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


    8.Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (УФ), видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах.

    Ультрафиолетовое излучение

    Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны оптического диапа­зона с длинной волны от 400 до 100 нм.

    Различают три области ультрафиолетового излучения:

    Область А (длинноволновая: λ=400-315 нм)

    Область В (средневолновая: λ=315-280 нм)

    Область С (коротковолновая: λ=280-100 нм)

    Более жёсткий ультрафиолет поглощается воздухом.

    Особенности ультрафиолетового излучения:

    1)     Не вызывает непосредственного зрительного ощущения.

    2)     Даёт как положительный, так и отрицательный биологический эффект.

    3)     Оказывает фотохимическое действие (почернение фотоматериалов).

    4)     Оказывает фотоэлектрическое действие (вызывает фотоионизацию).

    5)     Значительно поглощается телами живой и неживой природы.

    6)     Вызывает люминесценцию.

    Видимое излучение

    Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

    При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами.

    Инфракрасное излучение

    Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ

    1—2 мм).

    Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

    коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;

    средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;

    длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм;

    Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.
    9.Энергетические уровни и квантовые переходы. Спонтанные переходы. Вынужденные переходы.

    Энергетические уровни и квантовые переходы

    В квантовых приборах, как правило,задействуется внутренняя энергия микрочастиц (энергия атомов,ионов, молекул). При этом сами микрочастицы могут находитьсяв движении. Электроны, входящие в состав микрочастиц, называются связанными.

    В соответствии с законами квантовой механики внутренняя энергия изолированной микрочастицы может принимать лишь дискретные значения, называемые уровнями энергии. Совокупность различных разрешенных значений внутренней энергии микрочастицы определяет систему уровней. Основой системы являются электронные уровни (ЭУ), отстоящие друг от друга на 1...10 эВ.Между электронными уровнями располагаются колебательные уровни (КУ), отстоящие друг от друга примерно на 0,1 эВ, а между колебательными уровнями находятся вращательные уровни (ВУ)с интервалом 10-3эВ и менее. Уровень, соответствующий наименьшей допустимой энергии микрочастицы,называется основным, а остальные — возбужденными.
    Изменение внутренней энергии называется переходом с уровня на уровень. При переходе с высокого энергетического уровня Е2на низкий Е1 выделяется энергия Е21 = Е2 – Е1, а при переходе снизкого на высокий поглощается такая же энергия. Переходы с излучением или поглощением квантов электромагнитного поля (фотонов) называются излучательными. Энергетические уровни, с которых запрещены излучательные переходы на более низкие уровни энергии, называются метастабильными. Микрочастица может отдавать (или отбирать) энергию Е21 и без участия электромагнитного поля — при взаимодействии с другой микрочастицей, в результате чего увеличивается или уменьшается кинетическая энергия другой частицы. Такие переходы называются безызлучательными.
    Переходы, которые совершаются в системах микрочастиц, классифицируются по различным признакам. Основными видами переходов являются спонтанные, вынужденные и релаксационные.
    10.Механизм генерации излучения в полупроводниках.

    Физической основой полупроводниковых излучателей является люминесценция. Под люминесценцией понимают электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний.Люминесценция включает два основных этапа. На первом под
    воздействием возбуждающей энергии происходит генерация носителей заряда. Этот этап определяет тип люминесценции. На втором этапе генерированные носители заряда рекомбинируют на центрах рекомбинации. Выделяющаяся при рекомбинации энергияпревращается либо в оптическое излучение, либо в теплоту.В зависимости от вида энергии, возбуждающей люминесценцию, различают фото,электролюминесценцию и другие виды.

    Инжекционная электролюминесценция,т. е. генерация оптического излучения в pnпереходе, объединяет два процесса: инжекцию носителей и собственно электролюминесценцию. С помощью инжекции обеспечивается создание неравновесных носителей заряда.
    При контакте однородных полупроводников с разными типами электропроводности уровень Ферми EF в равновесном состоянии должен быть единым. Это приводит к искривлению зон и образованиюпотенциального барьера, как на рис. 2.11.

    Основная масса дырок из p-слоя, где их много, диффундируют
    слева направо в область перехода, но не могут преодолеть потенциальный барьер и, проникнув в переход на некоторую глубину,снова возвращаются в p-слой. Дырки n-слоя, как пузырьки, легко«всплывают» ко дну валентной зоны и образуют дрейфовый потоксправа налево.
    Этот поток уравновешивается встречным диффузионным потоком дырок p-слоя, имеющих большую энергию и способных пре+
    одолеть потенциальный барьер. Аналогичная картина в движении
    электронов: электроны p-слоя свободно скатываются в n-слой — этодрейфовый ток. Этот электронный поток уравновешивается потоком электронов n-слоя, обладающих большой энергией. При приложении прямого напряжения потенциальный барьер понижаетсяи появляются диффузионные токи как дырок, так и электронов,т. е. увеличивается инжекция неосновных носителей:дырок —вn-область, электронов — в p-область.



    11.Прямозонные и непрямозонные полупроводники.

    Такие полупроводники, как кремний, германий и фосфид галлия — это непрямозонные полупроводники. В общих чертах это означает, что электрон, находящийся вблизи дна зоны проводимости, имеет импульс, отличающийся от импульса электрона, находящегося вблизи потолка валентной зоны. Это иллюстрируется рис. а), из которого видно, что в этом случае зона — зонный переход возможен только при условии компенсации различия импульсов. Это может происходить, если при рекомбинации излучается фонон высокой энергии. В таком процессе удается устранить избыточный момент, однако при этом поглощается и энергия рекомбинации. Еще более серьезной оказывается необходимость одновременности этих двух событий (рождение фотона и фонона), что приводит к снижению вероятности такого рекомбинационного перехода. В результате безызлучательные процессы, в частности с участием ловушечных уровней вблизи центра запрещенной зоны, преобладают в непрямозонных полупроводниках, а внутренняя квантовая эффективность оказывается низкой. Другие полупроводниковые материалы, такие как InSb, GaAs, могут иметь прямую запрещенную зону, как показано на рис. ниже б). В этом случае электроны низших энергетических уровней зоны проводимости имеют почти такой же импульс, что и электроны высших энергетических уровней валентной зоны. Следовательно, имеется высокая вероятность прямых зона — зонных переходов и высокая внутренняя квантовая эффективность.



    12.Поглощение сета в твердых телах.

    Свет, попадая в твердое тело, вступает с ним во взаимодействие, связанное с обменом энергии. Часть энергии излучения поглощается и идет на увеличение энергии электронов или фотонов (теплового движения атомов). Поглощение света в твердом теле происходит в соответствии с законом Бугера–Ламберта:



    где R— коэффициент отражения; I0 — интенсивность падающего излучения; α— коэффициент поглощения, d – толщина образца.

    В полупроводниках различают пять основных видов поглощения излучения: собственное, примесное, экситонное, решеточное, на свободных носителях. Собственное (фундаментальное) поглощение определяется межзонными переходами электронов из валентной зоны в свободную и сопровождается генерацией электронно-дырочных пар. В зависимости от энергетического расстояния между зонами такое поглощение наблюдается в широкой области спектра, включая видимую, инфракрасную и ультрафиолетовую. Собственное поглощение — типично пороговый процесс, поскольку минимальная энергия поглощаемых фотонов определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Область вблизи h≈EG называется краем собственного поглощения. При hν < EG коэффициент собственного поглощения равен нулю и излучение проходит через полупроводник без потерь. Вид спектральных зависимостей коэффициентов поглощения различных полупроводников определяется структурой их энергетических зон. Для прямозонных полупроводников собственное поглощение для прямозонных полупроводников резко возрастает даже при малых превышениях энергии поглощаемых фотонов относительно EG. Для непрямозонных полупроводников (Si, Ge, GaP и др.) переброс электрона в зону проводимости сопровождается изменением его квазиимпульса и требует участия в процессе поглощения третьего тела, например фонона. Примесное поглощение связано с процессами ионизации или возбуждения примесных уровней, лежащих в запрещенной зонs полупроводника. При этом под действием фотонов соответствующей энергии возможны переходы электронов с примесного уровня в зону проводимости, из валентной зоны на примесные уровни (фотоионизация мелких уровней) или с одного примесного уровня на другой (фотоионизация и фотонейтрализация глубоких уровней). Экситонное поглощение характерно для полупроводников с достаточно широкой запрещенной зоной. Экситон — слабосвязанная пара «электрон–дырка», имеющая серию энергетических уровней. Это нейтральное образование. Его появление не приводит к изменению электрических характеристик образца. Если температура достаточно высока, то под действием тепловой энергии электрон переходит в зону проводимости, т. е. в этом случае получается результат, достигаемый при собственном поглощении света. При этом фотопроводимость не меняется. Решеточное поглощение происходит при взаимодействии поля световой волны с колеблющимися зарядами узлов решетки. Другими словами, при решеточном поглощении фотона рождается фонон, причем этот процесс не сопровождается фотогенерацией свободных носителей заряда. Таким образом, в результате поглощения излучения в полупроводнике возникают свободные носители заряда или изменяется концентрация этих носителей. Это явление носит название «внутренний фотоэффект» (ОТВЕТ НА 61 ВОПРОС) и характеризуется безразмерной величиной — квантовым выходом η, равным отношению числа генерируемых фотоносителей к числу поглощаемых полупроводником фотонов. При hν < EG, η= 0, а при hν > EG η резко увеличивается и становится близким к единице, практически не меняясь при дальнейшем увеличении энергии фотонов. Избыточная энергия

    ΔЕ=hν – ЕG идет на увеличение кинетической энергии электронов в зоне проводимости.


    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


    написать администратору сайта