Физические основы работы светодиодов

Август 20, 2022

Главная
Физика
Физические основы работы светодиодов

Содержание

2. Введение Светодиоды (СД, в иностранной литературе — LED), Lighting Emitting Diodes) — наиболее «молодые» источники света,
3. Инжекция неосновных носителей тока В основе работы полупроводниковых светодиодов лежит ряд физических явлений, важнейшие из них:
4. Инжекция неосновных носителей тока Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии (а) и при прямом
5. Инжекция неосновных носителей тока Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии (а) и при прямом
6. Инжекция неосновных носителей тока Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии (а) и при прямом
7. Инжекция неосновных носителей тока Зонная модель р—п- гетероперехода при прямом смещении: Ес — энергия дна зоны
8. Излучательная рекомбинация Различные механизмы излучательной рекомбинации в полупроводниках
9. Вывод света из полупроводника Из светоизлучающего кристалла может быть выведена только часть генерируемого р—n-переходом излучения в
10. Вывод света из полупроводника Наиболее значительны потери на полное внутреннее отражение излучения. Θпр = arcsin nв
11. Вывод света из полупроводника Светоизлучающий кристалл, обработанный в виде сферы Вейерштрасса
12. Вывод света из полупроводника Помещение кристалла в среду с показателем преломления nв Устройство некоторых типов светодиодов.
13. Вывод света из полупроводника Нанесение антиотражающих покрытий на поверхность кристалла для снижения потерь на отражение света,
14. Вывод света из полупроводника Ход лучей в диоде плоской конфигурации с мезаструктурой
15. Вывод света из полупроводника Кристалл светодиода в форме перевернутой усеченной пирамиды
16. Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью уменьшения поглощения света в кристалле
17. Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью уменьшения поглощения света в кристалле
18. Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в производстве светодиодов Полупроводниковые светоизлучающие диоды
19. Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в производстве светодиодов
20. Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в производстве светодиодов Наибольшее распространение получил
21. Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в производстве светодиодов Вид излучающего кристалла
22. Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в производстве светодиодов Структура чипа малой
23. Полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры нанесенные на сапфировые подложки
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Введение
Светодиоды (СД, в иностранной литературе — LED), Lighting Emitting Diodes) —

наиболее «молодые» источники света, принципиально отличающиеся от тепловых или разрядных излучателей.
Впервые свечение на границе металла и полупроводникового материала — карбида кремния — исследовал русский инженер О.В.Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г. Позднее (в 1939 г.) он дал физическое объяснение этого свечения, получившего в литературе название «эффекта Лосева».
В настоящее время получены следующие значения параметров СД: цветность излучения — практически любая: световая отдача серийных белых СД — до 186 лм/Вт; общий индекс цветопередачи белых СД — более 90.

Слайд 3

Инжекция неосновных носителей тока
В основе работы полупроводниковых светодиодов лежит ряд физических

явлений, важнейшие из них:
инжекция неосновных носителей в активную область структуры электронно-дырочного гомо- или гетероперехода;
излучательная рекомбинация инжектированных носителей в активной области структуры.

Слайд 4

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

(а) и при прямом смещении (б):
Ес — энергия дна зоны проводимости;
Еv — энергия потолка валентной зоны;
Ed и Еа — энергетическое положение доноров и акцепторов;
Fn и Fp — квазиуровни Ферми для электронов и дырок;
х — расстояние от р—п-перехода;
eU – потенциал смещения

Слайд 5

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Слайд 6

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Слайд 7

Инжекция неосновных носителей тока
Зонная модель р—п- гетероперехода при прямом смещении:
Ес —

энергия дна зоны проводимости;
Еv — энергия потолка валентной зоны;
ΔEV - разрыв в валентной зоне;
ΔЕС - разрыв в зоне проводимости;
Fn и Fp — квазиуровни Ферми для электронов и дырок;
eU – потенциал смещения

Слайд 8

Излучательная рекомбинация
Различные механизмы излучательной рекомбинации в полупроводниках

Слайд 9

Вывод света из полупроводника
Из светоизлучающего кристалла может быть выведена только часть

генерируемого р—n-переходом излучения в связи со следующими основными видами потерь:
1) потери на внутреннее отражение излучения, падающего на границу раздела полупроводник — воздух под углом, большим критического;
2) поверхностные потери на френелевское отражение излучения, падающего на границу раздела под углом, меньшим критического;
3) потери, связанные с поглощением излучения в приконтактных областях;
4) потери на поглощение излучения в толще полупроводника.

Слайд 10

Вывод света из полупроводника
Наиболее значительны потери на полное внутреннее отражение излучения.
Θпр

= arcsin nв /nn,
При nп – 3,54 и 3,3
Θпр – 16° и 17,7°
Ф= sin2 (Θпр/2) τср
τ=4*n(1+n)-2
Ф GaAs и GaP ≈1,3-1,65 %

Слайд 11

Вывод света из полупроводника
Светоизлучающий кристалл, обработанный в виде сферы Вейерштрасса

Слайд 12

Вывод света из полупроводника
Помещение кристалла в среду с показателем преломления nв

для увеличения критического угла

Устройство некоторых типов светодиодов.
1— кристалл; 2 — полимерная защита; 3 — баллон со стеклянным окном;
4 — металлостеклянная ножка; 5 — полимерная линза; 6 — держатель;
7—гибкий золотой вывод
.

Слайд 13

Вывод света из полупроводника
Нанесение антиотражающих покрытий на поверхность кристалла для снижения

потерь на отражение света, падающего на световыводящую поверхность под углом, меньшим критического.
Как показано выше, эти потери для границы полупроводник — воздух составляют примерно 30 %. Однако, если на поверхность полупроводника нанести прозрачную однородную пленку толщиной t с показателем преломления n1, то, при выполнении двух условий:
nnnв=n12;
n1t=(ρ-λ/4)*(2l—1),
где t — положительное целое число; λ — длина волны излучения,
ρ —коэффициент отражения света, падающего внутри полупроводника нормально к поверхности раздела с воздухом;
будет равен нулю. Практически, применяя антиотражающие покрытия из различных диэлектрических пленок (SiO, SiO2, Si3N4 и др.), удается увеличить выход излучения на 20—30%.

Слайд 14

Вывод света из полупроводника
Ход лучей в диоде плоской конфигурации с мезаструктурой

Слайд 15

Вывод света из полупроводника
Кристалл светодиода в форме перевернутой усеченной пирамиды

Слайд 16

Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью

уменьшения поглощения света в кристалле

Слайд 17

Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью

уменьшения поглощения света в кристалле

Слайд 18

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

производстве светодиодов

Полупроводниковые светоизлучающие диоды изготавливают в настоящее время на основе бинарных интерметаллических соединений типа АIIIВV (Арсенид галлия, Фосфид галлия, Нитрид галлия, Нитрид алюминия, Нитрид индия, Карбид кремния) и многокомпонентных твердых растворов этих соединений.
Для СД с излучением в красной и желтой областях спектра используются полупроводниковые МДГС на основе GaAlAs и AlGalnP, в зеленой и синей областях — на основе нитридов индия и галлия и их твердых растворов (InN, GaN, InGaN, AlInGaN), ультрафиолетового излучения (210 нм) - AlN

Слайд 19

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

производстве светодиодов

Слайд 20

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

производстве светодиодов

Наибольшее распространение получил метод выращивания МДГС путем металлоорганического вакуумного нанесения материалов на подложку из сапфира (А12О3). карбида кремния (SiC), арсенида галлия (GaAs) или фосфида галлия (GaP).

Слайд 21

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

производстве светодиодов

Вид излучающего кристалла с гетероструктурой типа InGaN/AlGaN/GaN на подложке из Al2O3. Показана активная область (область
p-n – перехода) и расположение омических контактов.

Слайд 22

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

производстве светодиодов

Структура чипа малой мощности

Слайд 23

Физические основы работы светодиодов

Содержание

ВведениеСветодиоды (СД, в иностранной литературе — LED), Lighting Emitting Diodes) —

Инжекция неосновных носителей токаВ основе работы полупроводниковых светодиодов лежит ряд физических

Инжекция неосновных носителей токаСхематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей токаСхематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей токаСхематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей токаЗонная модель р—п- гетероперехода при прямом смещении:Ес —

Излучательная рекомбинацияРазличные механизмы излучательной рекомбинации в полупроводниках

Вывод света из полупроводникаИз светоизлучающего кристалла может быть выведена только часть

Вывод света из полупроводникаНаиболее значительны потери на полное внутреннее отражение излучения.Θпр

Вывод света из полупроводникаСветоизлучающий кристалл, обработанный в виде сферы Вейерштрасса

Вывод света из полупроводникаПомещение кристалла в среду с показателем преломления nв

Вывод света из полупроводникаНанесение антиотражающих покрытий на поверхность кристалла для снижения

Вывод света из полупроводникаХод лучей в диоде плоской конфигурации с мезаструктурой

Вывод света из полупроводникаКристалл светодиода в форме перевернутой усеченной пирамиды

Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью

Создание омических контактов, занимающих незначительную часть площади грани кристалла, с целью

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

Основные полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры на их основе, используемые в

Полупроводниковые материалы и излучающие р-n–структуры нанесенные на сапфировые подложки

Похожие презентации

Введение
Светодиоды (СД, в иностранной литературе — LED), Lighting Emitting Diodes) —

Инжекция неосновных носителей тока
В основе работы полупроводниковых светодиодов лежит ряд физических

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей тока
Схематическое изображение зонной диаграммы р—n-перехода при термодинамическом равновесии

Инжекция неосновных носителей тока
Зонная модель р—п- гетероперехода при прямом смещении:
Ес —

Излучательная рекомбинация
Различные механизмы излучательной рекомбинации в полупроводниках

Вывод света из полупроводника
Из светоизлучающего кристалла может быть выведена только часть

Вывод света из полупроводника
Наиболее значительны потери на полное внутреннее отражение излучения.
Θпр

Вывод света из полупроводника
Светоизлучающий кристалл, обработанный в виде сферы Вейерштрасса

Вывод света из полупроводника
Помещение кристалла в среду с показателем преломления nв

Вывод света из полупроводника
Нанесение антиотражающих покрытий на поверхность кристалла для снижения

Вывод света из полупроводника
Ход лучей в диоде плоской конфигурации с мезаструктурой

Вывод света из полупроводника
Кристалл светодиода в форме перевернутой усеченной пирамиды