Инжекционные светодиоды

Дырки, инжектированные левым эмиттером в n-базу, подходя к коллекторному р-л-переходу, переносятся его полем (полем области пространственного заряда) в р-базу и своим зарядом вызывают дополнительную инжекцию электронов из правого эмиттера в р-базу (т.е. "приоткрывают" правый эмиттерный р-я-переход) . Эти электроны в свою очередь, проходя через р-базу и коллекторный p-n-переход в n-базу, вызывают увеличение инжекции дырок со стороны р-эмиттера (т.е. "приоткрывают" левый эмиттерный р-/7-переход) . Происходит быстрое возрастание тока через тиристор, сопровождающееся сильной инжекцией носителей заряда обоими эмиттерами. Коллекторный р-л-переход входит в режим насыщения (открывается) , падение напряжения на тиристоре становится малым, близким к напряжению на открытом р-п-переходе, тиристор включается. Вольт-амперная характеристика тиристора ( 47, б) имеет три участка: с большим сопротивлением 7, когда прибор закрыт; с отрицательным сопротивлением 2; с малым сопротивлением 3, когда прибор открыт и ток через него определяется практически внешней цепью. Переход из открытого состояния в закрытое происходит при снижении (внешней цепью) тока через прибор до значения /выкл.

Так как полупроводники имеют относительно высокий температурный коэффициент сопротивления, то при измерениях за счет протекания через образец тока может произойти не только локальный нагрев, но и повышение температуры всего образца. Например, повышение температуры кремния с удельным сопротивлением 10 Ом-см на 5°С приводит к изменению удельного сопротивления на 4,0%. Поэтому для уменьшения нагрева образца необходимо выбирать рабочий ток минимально возможным, а температуру образца поддерживать постоянной. Рабочий ток, однако, должен обеспечивать необходимую точность измерений разности потенциалов. Измерение разности потенциалов производят при двух направлениях тока и полученные значения усредняют, исключая таким способом продольную термо-ЭДС, возникающую на образце вследствие градиента температуры. Уменьшение рабочего тока одновременно снижает модуляцию проводимости образца, вызванную инжекцией носителей заряда при протекании тока.

жет быть использован дифференциальный усилитель постоянного тока. При прохождении через образец переменного тока условие короткого замыкания можно легко реализовать, используя усилитель с трансформаторным входом. Это особенно важно при проведении измерений на образцах с низким удельным сопротивлением, для которых сопротивление между половинками контактов может оказаться очень малым. При этом емкостное сопротивление при-контактного слоя можно сделать небольшим, тем самым уменьшив влияние контактов, обусловленное как повышенным их сопротивлением, так и инжекцией носителей заряда. Повышение чувствительности измерительной схемы при переменном токе позволяет уменьшить напряжение на образце и проводить измерения в пределах линейного участка ВАХ контактов.

В модели транзистора ( 2.36) элементы HCN и SN отражают нормальный режим его работы и связаны с инжекцией носителей из эмиттера, а элементы На и S/ — инверсный режим и связаны с инжекцией носителей из коллектора. Уравнения для токов транзистора без учета токов, протекающих через барьерные емкости, имеют вид:

Физика отказов в слое окисла обусловлена развитием во времени следующих механизмов: инжекцией носителей заряда в диэлектрик и захватом электронов ловушками; ударной ионизацией в дефектных местах с повышенной напряженностью внутреннего поля; электрохимического разрушения диэлектрика под действием протекающего тока утечки и нарушения стационарного состояния в системе делокализованных электронов аморфного диэлектрика. Для большинства диэлектриков,, используемых в качестве затвора в полевых приборах, реализуется смешанный механизм отказа. Если предположить, что в простейшем случае все ловушки в диэлектрике толщиной /гд в подзатворной области имеют одинаковую энергетическую глубину потенциальной ямы Фв, не зависящей от значения приложенного напряжения Uz, то в результате инжекции в приэлек-

ров, когда общим является эмиттер, п-р-п транзистор с вертикальной инжекцией носителей (горизонтальная транзисторная структура) и р-п-р транзистор с горизонтальной инжекцией носителей (вертикальная транзисторная структура), п-р-п и р-п-р транзисторы (оба с вертикальной инжекцией носителей), когда последний реализуется на подложке.

В усилительных устройствах, каскады которых реализуются на дискретных элементах, составные транзисторы встречаются сравнительно редко. Однако в интегральных усилительных каскадах составные транзисторы находят более широкое применение. Это связано с тем, что п-р-п транзисторы с общим коллектором достаточно просто формируются в одной изолированной области и практически не увеличивают площадь кристалла. Кроме того, по современной интегральной технологии невозможно изготовить интегральные р-п-р транзисторы с высокими параметрами без усложнения технологических процессов. Однако, используя интегральные р-п-р транзисторы с горизонтальной инжекцией носителей и невысокими техническими параметрами в сочетании с интегральными п-р-п транзисторами, можно получить

транзисторы изготовляются по КМОП-технологии, т. е. один транзистор с п-, а другой — с р-каналом. Двухтактные эмиттерные повторители в ОУ выполняются на комплементарной паре транзисторов, один из которых обычный п-р-п транзистор с вертикальной инжекцией носителей, а другой — транзистор р-п-р тина, реализованный на подложке. Иногда в одном плече двухтактного эмит-терного повторителя применяется составной транзистор, который состоит из входного р-п-р транзистора с горизонтальной инжекцией носителей и выходного п-р-п транзистора с вертикальной инжекцией носителей. Составной транзистор является транзистором р-п-р типа, и его можно сформировать в кристалле без дополнительных технологических операций. Для питания транзисторов двухтактного оконечного каскада необходимо иметь либо два источника питания, либо один источник питания и два конденсатора очень большой емкости, либо один источник и выходной трансформатор (см. гл. 5). Поскольку ни трансформатор, ни конденсаторы большой емкости по микроэлектронной технологии получить невозможно, то для питания транзисторов двухтактного оконечного каскада ОУ используют почти всегда два источника питания.

При прямом напряжении на диоде носители разных знаков подходят к p-n-переходу. Если прямое напряжение мало, то высота потенциального барьера на переходе велика и основная часть носителей не может преодолеть потенциальный барьер перехода, но вблизи середины p-n-перехода может происходить их рекомбинация ( 3.12,6). Составляющую прямого тока, связанную с процессом рекомбинации носителей в р-п-переходе, называют рекомбинационным током. Надо понимать условность этого термина, так как прямой ток, связанный с инжекцией неосновных носителей в прилегающие к переходу области (см. § 3.2), также сопровождается рекомбинацией инжектированных носителей либо в базе диода, либо на омическом переходе диода. При больших для диода прямых напряжениях высота потенциального барьера на переходе небольшая. Поэтому прямой ток при больших прямых напряжениях будет вызван в основном инжекцией носителей через уменьшенный потенциальный барьер перехода. Следовательно, рекомбинационный ток может сказываться на значении прямого тока через диод только при малых прямых напряжениях ( 3.13).

При больших напряжениях преобладает ток, связанный с инжекцией носителей заряда и зависящий от напряжения как

При дальнейшем увеличении тока наряду с инжекцией носителей заряда начинает сказываться модуляция сопротивления

К широко применяемым источникам света относятся электролюминесцентные конденсаторы, инжекционные светодиоды и лазеры.

Инжекционные светодиоды представляют собой излучающий р — «-переход, свечение которого вызвано рекомбинацией носителей тока (дырок и электронов) при смещении перехода в прямом направлении.

Наиболее широкое распространение в качестве электролюминесцентных источников получили инжекционные светодиоды, в которых испускание света определяется механизмом межзонной рекомбинации электронов и дырок. Если пропускать достаточно большой ток инжекции через p-n-переход (в прямом направлении), то часть электронов из валентной зоны перейдет в зону проводимости ( 9.5). В верхней части валентной зоны образуются свободные состояния (дырки), а в нижней части зоны проводимости — заполнение состояния (электроны проводимости). Такая инверсная заселенность не является равновесной

Инжекционные светодиоды ( 15.5) представляют собой излучающий р—n-переход, свечение которого обусловлено интенсивной рекомбинацией в нем носителей тока при смещении перехода в прямом направлении. Материалами для этих источников излучения являются арсенид галлия, фосфид галлия, карбид кремния и др.

Инжекционные светодиоды ( 20.17, б, в) представляют собой излучающий р—п переход, свечение которого обусловлено интенсивной рекомбинацией в нем носителей тока. Инжекционные светодиоды имеют миниатюрное исполнение.

Инжекционные светодиоды ( 20.17, б, в) представляют собой излучающий р—п переход, свечение которого обусловлено интенсивной рекомбинацией в нем носителей тока. Инжекционные светодиоды имеют миниатюрное исполнение.

Полупроводниковые индикаторы, (инжекционные светодиоды)! используют свечение p-n-перехода при инжекции носителей; выпускаются, как правило, одноразрядными, цифры формируются из семи сегментов.

Наиболее широкое распространение в качестве электролюминесцентных источников получили инжекционные светодиоды, в которых испускание света определяется механизмом межзонной рекомбинации электронов и дырок. Если пропускать достаточно большой ток инжекции через p-n-переход (в прямом направлении), то часть электронов из валентной зоны перейдет в зону проводимости ( 8.5). В верхней части валентной зоны образуются свободные состояния (дырки), а в нижней части зоны проводимости — заполненные состояния (электроны проводимости). Такая инверсная заселенность не является равновесной и приводит к хаотическому испусканию фотонов при обратных переходах электронов. Возникающее при этом в р-л-переходе некогерентное свечение и является электролюминесценцией. Фо-

В 'Качестве фотоизлучателей в большинстве оптоэлектронных устройств применяют инжекционные светодиоды и лазеры. Инжек-ционяые лазеры позволяют концентрировать большую энергию в узкой (спектральной области при высоком .быстродействии (десятки пикосекуюд). Их производят в виде матриц на одном базовом кристалле по той же технологии, что и интегральные микросхемы.

Лазеры и инжекционные светодиоды. Отличительной особенностью лазеров является возможность получения когерентного излучения в оптическом спектральном диапазоне. Известны три типа лазеров: на твердом теле, на газах и на полупроводниках. Лазер любого типа имеет в своей конструкции активное вещество, резонатор и источник возбуждения.