Курсовая: Фотодиод в оптоэлектронике - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Фотодиод в оптоэлектронике

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 347 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Министерство общего и про фессионально го образования Российской Федерации САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им . Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО Кафедра физики Полупроводников ФОТОДИОД В ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ Курсовая работа Студента 1 курса физического факультета Машкова Дмитрия Александровича Научный руководитель профессор ________ Роках А.Г. /подпись / Зав . кафедрой профессор , доктор _________ Б.Н.Климов /п одпись / Саратов – 1999г. План работы 1. Введение и постановка зада чи 2. Физические основы внутреннего фотоэффекта 3. Принцип действия фотодиода 4. Практическая часть (исследование характери стик фотодиода ) 5. Применение фотодиода в оптоэлектронике 6. Заключение 7. Литература 1.ВВЕДЕНИЕ И П ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В наши дни прогресс в различ ных областях науки и техники немыслим без приборов оптической электроники . Оптическая электроника уже давно играет ведущую роль в жизни человека . А с каждым годом е е внедрение во все сферы человеческо й деятельности становится все интенсивнее . И этому есть свои причины . Устройства оптоэ лектроники имеют ряд отличий от других ус тройств . Можно выделить следующие их достоинс тва. а ) Высокая информационная емкость оптичес ко го канала , связанная с тем , что ч астота световых колебаний (около 10 15 Гц ) в 10 3 -10 4 раз выше , чем в освоенном р адиотехническом диапазоне . Малое значение длины волны световых колебаний обеспечивает высокую достижимую плотность записи информации в оптически х запоминающих устройствах (до 10 8 бит /см 2 ). б ) Острая направленность светового излуче ния , обусловленная тем , что угловая расходимос ть луча пропорциональна длине волны и мож ет быть меньше одной минуты . Это позволяет концентрированно и с малыми потерями пер едавать электромагнитную энергию в заданн ую область пространства . В малогабаритных эле ктронных устройствах лазерный луч может быть направлен на фоточувствительные площадки мик ронных размеров. в ) Возможность двойной – временной и пространственной модуляции светового луча . Минимальная элементарная площадка в плоскос ти , перпендикулярной направлению распространения , которая может быть выделена для независимой модуляции части луча близка к l 2 ( 10 8 см 2 ). Э то позволяет производить параллельную обработку информацию , что очень важно при создании высокопроизводительных комплексов. г ) Так как источник и приемник в оп тоэлектронике не связаны друг с другом электрически , а связь между ними ос уществляется только посредством светового луча (электрически нейтральных фотонов ), они не в лияют друг на друга . И поэтому в оптоэ лектронном приборе поток информации передается лишь в одном направлении – от источника к приемнику . Каналы , по которым распространяется оптическое излучение , не во здействуют друг на друга и практически не чувствительны к электромагнитным помехам (от сюда и высокая помехозащищенность ). д ) возможность непосредс твенного опер ирования со зрительно воспринимаемыми образами : фотосчитывание , визуализация (например , на жидки х кристаллах ). Любое оптоэлект ронное устройство содержит фотоприемный блок . И в большинстве современных оптоэлектронных устройств фотодиод пр едставляет основу фо топриемника. Фотодиоды обладаю т наилучшим сочетанием фотоэлектрических парамет ров , основных с точки зрения использования в оптоэлектронике : высокие значения чувствитель ности и быстродействия , малые значения парази тивных параметров (напр имер , ток утечки ). Простота их устройства позволяет достигнуть физического и конструкционного оптимума и обеспечить наиболее полное использование падающе го света. В сопоставлении с другими , более сложн ыми фотоприемниками , они обладают наибольшей стабильнос тью температурных характеристик и лучшими эксплуатационными свойствами . Основной недостаток , на который обычно указывают , - отсутствие усиления . Но он доста точно условен . Почти в каждом оптоэлектронном устройстве фотоприемник работает на ту и ли иную согла сующую электронную схему . И введение усилительного каскада в нее значительно проще и целесообразнее , чем при дание фотоприемнику несвойственных ему функций усиления. Ну а целью моей работы является и сследование характеристик фотодиода : вольт-амперной характ еристики , коэффициента полезного дейс твия. 2.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСН ОВЫ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА Падающий на вещество поток света може т испытывать отражение , поглощение или проход ить насквозь . Если поглощенный свет приводит к тако му увеличению энергии электронов , что он и покидают объем , занимаемый веществом , говоря т о внешнем фотоэффекте . Если при освещени и изменяется энергетическое состояние носителей заряда внутри твердого тела , то мы им еем дело с внутренним фотоэффектом . При эт ом добавочная проводимость , обу с ловле нная носителями заряда , созданными излучением , называется фотопроводимостью . При внутреннем фотоэффекте первичным акто м является поглощение фотона . Поэтому процесс образования свободных носителей заряда под воздействием излучения будет проходить по-р азному в зависимости от особенностей процесса поглощения света . К тому же погло щенный свет не всегда вызывает фотоэффект . Существует несколько видов поглощения све та . а ) собственное поглощение. Этот вид поглощения имеет место в том случае , когда оптическ ое возбуждение электронов происходит из валентн ой зоны в зону проводимости . Для полупрово дника с прямыми долинами при вертикальных переходах энергия фотона h n должна быть не меньше ширины запрещенной зоны , то есть h n E g . Для сильно легированного полуп роводни ка n- типа ког да уровень Ферми расположен выше края зон ы проводимости на величину x n , нижняя граница фотопроводимости будет соответс твовать h n = E g + x n . В сильно леги рованном полупроводнике p- типа уровень Ферми лежит на вел ичину x p ниже края валентной зоны , поэтому h n = E g + x p . При больших энергиях фотоно в п оглощение в фундаментальной области ведет к увеличению фотопроводимости за счет роста коэффициента поглощения a . В случае собственного поглощения a достигает наиб ольшей величины – (10 6 см -1 ). В месте с тем такое поглощение увеличивает концентрацию носителей заряда вб лизи поверхности полупроводника или диэлектрика , которые имеют меньшее время жизни , чем носители заряда в объеме . б ) примесное поглощение. Такое поглощение при наличии в запрещенной зоне полупроводника лока льных уровней примеси может вызвать переходы электронов между уровнями примеси и зона ми . Фотопроводимость , обусловленная такими переход ами , называется примесной фотопроводимостью . Для реализации таких переходов нужна меньшая э нерги я кванта , чем для реализации переходов из валентной зоны в зону про водимости . Поэтому примесное поглощение имеет место при больших длинах волн падающего с вета . в ) экситонное поглощение. При экситонном поглощении свет а имеет место создание связанной пары эл ектрон-дырка , которая является электрически нейтральным образованием . Поэтому поглощение св ета , связанное с образованием экситонов , перво начально не ведет к возникновению свободных носителей заряда . Однако в реальных крист аллических структурах экситоны им е ют значительно большую вероятность диссоциировать безызлучательно (с образованием электронов и дырок ), чем рекомбинировать с испусканием кванта света . Таким образом , образование эксит онов в конечном итоге ведет к возникновен ию свободных носителей заряда , а с ледовательно , и фототока . Экситонное поглощение , характеризующееся узкими полосами поглощения , определяет и узкие полосы фототока . При эт ом спектр фототока в области экситонного поглощения будет зависеть от состояния поверх ности . Состояние поверхности п о лупров одника можно легко изменить путем воздействия на нее (механическое , химическое и т.д .). Таким образом можно изменить характер наблюд аемого спектра фототока , обусловленного экситонны м поглощением . г ) поглощение свободными носит елями заряда. Поглощени е света свободным и носителями заряда сопровождается увеличением их энергии . При этом , в отличие от р ассмотренных выше трех видов поглощения , числ о свободных носителей не изменяется . Но вм есте с тем изменяется подвижность носителей заряда . д ) поглощение кр исталличес кой решеткой. В результате такого поглощения увеличивается амплитуда колебаний узлов реше тки . В этом случае не изменяется ни ко нцентрация носителей заряда , ни их подвижност ь . Поэтому поглощение света кристаллической р ешеткой не является фотоактив ным . Поглощение света свободными носителями за ряда и кристаллической решеткой не могут непосредственно вызвать изменение концентрации н осителей заряда . Однако возрастание концентрации носителей заряда в этих случаях может происходить в результате вторичны х эфф ектов , когда поглощение света значительно уве личивает кинетическую энергию свободных носителе й заряда или увеличивает концентрацию фононов , которые затем отдают свою энергию на возбуждение носителей заряда . 3.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОТОДИОДА Полупровод никовый фотодиод – это полупроводниковый диод , обратный ток которого зависит от освещенности . Обычно в качестве фотодиода использ уют полупроводниковые диоды с p-n переходом , который смещен в обратном направлении внешним источником питания . При поглощении квантов света в p-n переходе или в прилегающих к нему областях образуются новые носители заряда . Неосновные носители заряда , возникшие в областях , прилегающих к p-n переходу на расстоянии , не превышающей диффузионной длины , диффундируют в p-n переход и п роходят через него под действием электрического поля . То есть обратный ток при освещении возрастает . Поглощение квантов непосредственно в p-n переходе приводит к аналогичным результатам . Величина , на кото рую возрастает обратный ток , называется фотот оком. С войства фотодиода можно охарактеризо вать следующими характеристиками. а ) вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость светового тока при неизменном световом потоке и темнового тока I темн от напряжения. б ) световая характеристика фотодиода , то есть зависимост ь фототока от освещенности , соответствует пря мой пропорциональности фототока от освещенности . Это обусловлено тем , что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длин ы неосновных носителей заряда . То есть пра ктичес к и все неосновные носители заряда , возникшие в базе , принимают участие в образовании фототока . г ) спектральная характеристика фотодиода – это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод . Она определяется со стороны больших длин волн шир иной запрещенно й зоны , при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния п оверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света . То есть коротковолновая граница чувствительности за висит от толщины базы и от ско рости поверхностной рекомбинации . Положение макси мума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения. д ) постоянная времени – это время , в течение которо го фототок фотодиода изменяется после освещен ия или после затемнения фотодиода в е раз (63%) по отношению к установившемуся зн ачению. е ) темновое сопротивление – сопротивление фотодиода в о тсутствие освещения. ж ) интегральная чувствительность K = I ф / , где I ф – фототок , – освещенность. з ) инерционность . Существует 3 физических фактора , влияющих на инерционность : 1) время диффузии или дрейфа неравновесных носителей через базу t ; 2) врем я пролета через p-n переход t i ; 3) время перезарядки барьерной емкости p-n пере хода , характеризующееся постоянной времени RС бар . Время диффузии носителей заряда через базу можно определить (аналогично времени п ролета носите лей заряда через базу тр анзистора ) для бездрейфового : t прол = , и дрейфового : t прол = t g 50 нс. Время пролета через p-n переход : t i = , где d - т олщи на p-n перехода , v max – максимальная скорость дрейфа носителей заряд а (v max для кр емния и германия равна 5*10 6 см /c). Толщина p-n перехода , зависящая от обратного напряж ения и концентрации примесей в базе , обычн о меньше 5 мкм , а значит t i =0.1 нс . RC бар опр еделяется барьерной емкостью p-n перехода , зависящей от напряжен ия и сопротивления базы фотодиода при мал ом сопротивлении нагрузки во внешней цепи . Величина RС бар порядка нескольких наносекунд . 4.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧА СТЬ Расче т КП Д фотодиода . КПД вычисляется по формуле : , где P осв – мощность освещенности , I – сила ток а , U – напряжение на фотодиоде . Максимальная мощно сть фотодиода соответствует максимальной площади данного прямоугольника. Мощность Освещенности, МВт Сила тока, мА Напряжение, В КПД, % 1 0.0464 0.24 1.1 3 0.1449 0.41 2 5 0.248 0.26 1.3 7 0.242 0.45 1.6 Среднее значение : 1.5%. Вывод : коэффициент полезного действия фотодиода согласно получе нным данным составил в среднем 1.5%. 5.ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОДИОДА В ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ Фотодиод является состав ным элементом во многих сложны х оптоэлектронных устройствах . И поэтому он находит широкое применение . а ) оптоэлектронные интегральные микросхемы . Фотодиод может обладать большим быстродействием , но его коэффициент усиления фототока не превышает единицы . Благодаря наличию оптической связи оптоэлектронные интег ральные микросхемы обладают рядом существенных достоинств . Почти идеальная гальваническая разв язка управляющих цепей при сохранении между ними сильной функциональной связи . б ) многоэлементные фотоп риемники . Эти приборы (сканистор , мишень кре мникона , фотодиодная матрица с управлением на МОП-транзисторе , фоточувствительные приборы с зарядовой связью и другие ) относятся к числу наиболее быстро развивающихся и прогрес сирующих изделий электронной техник и . Соч етая в себе успехи физики дискретных фото приемников и новейшие технологические достижения больших интегральных схем , многоэлементные ф отоприемники вооружают оптоэлектронику твердотельным “глазом” , способным реагировать не только на яркостно-временны е , но и на пространственные характеристики объекта , то есть воспринимать его полный зрительный образ . Для успешного выполнения этих функц ий необходимо , чтобы число элементарных фоточ увствительных ячеек в приборе было достаточно большим , поэтому кроме всех проблем дискретного фотоприемника (чувствительность , быстро действие , спектральная область ) приходится решать и проблему считывания информации . Все мно гоэлементные фотоприемники представляют собой ск анирующие системы , то есть устройства , позволя ющие произв о дить анализ исследуемого пространства путем последовательного его про смотра (поэлементного разложения ). Принцип восприятия образов этими системам и сводится к следующему . Распределение яркост и объекта наблюдения превращается в оптическо е изображение и фокус ируется на фоточ увствительную поверхность . Здесь световая энергия переходит в электрическую , причем отклик каждого элемента (ток , заряд , напряжение ) пропор ционален его освещенности . Яркостная картина преобразуется в электрический рельеф . Схема с канировани я производит периодический по следовательный опрос каждого элемента и считы вание содержащейся в нем информации . В кон ечном счете , на выходе устройства мы получ аем последовательность видеоимпульсов , в которой закодирован воспринимаемый образ. При создании мно гоэлементных фотоприе мников стремятся обеспечить наилучшее выполнение ими функций преобразования и сканирования . в ) оптроны. Оптроном называется такой опто электронный прибор , в котором имеются источни к и приемник излучения с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними , конструктивно объединенные и помещенные в один корпус . В электронной схеме оптрон выполняет функцию элемента связи , в одном из звеньев которого информация передается оптически . Эт о основное назначение оптрона . Если между компонентами оптрона создать электрически обратную связь , то оптрон может стать а ктивным прибором , пригодным для усиления и генерации электрических и оптических сигналов . Принципиальное отличие оптронов как элеме нтов связи заключается в использовании для переноса информации электрически нейтральных фотонов , что обуславливает ряд достоинств оптронов , которые присущи и всем остальным оптоэлектронным приборам в целом . Хотя у оптронов есть , разумеется , и свои недоста тки. Оптронная техника базируется на достиже ниях в области физики и технологии излучателей и фотоприемников . 6.ЗАКЛЮЧЕНИЕ Важная особенность фотодиодов – высокое быстродействие . Они могут работать на частотах до нескольких миллионов герц . Фотодиоды обычно изготовляют из германия или кремния . Ф отодиод является потенциально широкополосным приемником . Этим и обуславливается его повсеместное применение . В будущем крайне важно повышение рабо чей температуры фотодиодов . Оценивая сегодняшнюю оптоэлектронику в целом , можно сказать , ч то она скорее “кри огенная” , чем “комна тная” . Будущее оптоэлектроники находится в прямой зависимости от прогресса фотодиодных структур . Оптическая электроника бурно разви вается , разрабатываются новые типы фотоприемников , и наверняка уже скоро появятся фотодиоды на основе но вых материалов с бол ьшей чувствительностью , повышенным быстродействием и с улучшенными характеристиками в целом . 7.ЛИТЕРАТУРА 1) Роках А . Г . Фотоэлектрич еские явления в полупроводниках и диэлектрика х . - Саратов : Издательство Саратовского универ ситета , 1984. 2) Названов В . Ф . Основы оптоэлектроники . – Саратов : Издательство Сарат овского университета , 1980. 3) Носов Ю . Р . Оптоэлектрон ика . – М .: Советское радио , 1977. 4) Василевский А . М . и др . Оптическая электроника / А . М . Василевс кий , М . А . Кропоткин , В . В . Тихонов . – Л .: Энергоатомиздат . Ленингр . Отд-ние , 1990. 5) Шалимова К . В . Физика полупроводников . – М .: Энергия , 1976. 6) Пасынков В.В . и др . П олупроводниковые приборы / В.В . Пасынков , Л.К . Чир кин , А.Д . Шинков . – М .: Вы сшая школа , 1973.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Чай - вообще средство универсальное. Пригласишь на чай мужчину - будет секс, пригласишь подругу - пьянка.)
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по радиоэлектронике "Фотодиод в оптоэлектронике", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru