光电检测技术常用器件及应用.ppt

光电检测技术常用器件及应用;;光电测量中的常用光源;白炽灯利用热辐射发出可见光的电光源。;利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。;发光二极管的基本工作原理与特性;;发光二极管（即LED）是一种注入电致发光器件，它由P型和N型半导体组合而成。其发光机理常分为PN结注入发光与异质结注入发光两种。;1、制作半导体发光二极管的材料是掺杂的，热平衡状态下的N区很多自由电子，P区有很多多空穴。

2、当加以正向电压时，N区导带中的电子可越过PN结的势垒进入P区。P区的空穴也向N区扩散

3、于是电子与空穴有机会相遇，复合发光。由于空穴迁移率低于自由电子，则复合发光主要发生在p区。

光的颜色（波长）决定于材料禁带宽度Eg，光的强弱与电流有关;为了提高载流子注入效率，可以采用异质结。由于p区和n区的禁带宽度不相等，当加上正向电压时两个势垒均减小，但P区的势垒减小多，两区的价带几乎相同，空穴就不断向n区扩散。对n区电子，势垒仍然较高，不能注入p区。这样，禁带宽的p区成为注入源，禁带窄的n区成为载流子复合发光的发光区。由于n区所发射的光子能量hv比EG2小得多，它进入p区不会引起本征吸收而直接透射出去。;为了进一步提高载流子注入效率，常常采用双异质结(DH)注入。;LED的特性参数;发光二极管发射的光通量与输人电能之比表示发光效率，单位lm/W；也有把光强度与注入电流之比称为发光效率，单位为cd／A（坎/安）。;1

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0.1;发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。二极管的寿命一般都很长，在电流密度小于lA/cm2时，一般可达106h，最长可达109h。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。电流密度大，老化快。;1、?LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角较大。

2、?LED的发光颜色丰富，通过选用不同的材料，可以实现各种发光颜色。如采用GaP:ZnO或GaAaP材料的红色LED，GaAaP材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED等。

3、LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即使在日光下，由LED发出的光也能视认。

4、LED的单元体积小。再加上低电压、低电流驱动的特点，可作为电子仪???设备、家用电器的指示灯、信号灯的使用。

5、寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场地面的信号光源，是一个新的应用领域。

;发光二极管的应用;1998年发白光的LED开发成功。高效节能超长寿命：以相同亮度比较，3W的LED节能灯333小时耗1度电，而普通60W白炽灯17小时耗1度电，普通5W节能灯200小时耗1度电。CREE公司实验室最高光效已达260lm/W，而市面上的单颗大功率LED也已经突破100lm/W。绿色环保：不含汞和氙等有害元素。;;4、显示器;LCD;LED与LCD比较;等离子显示器（PDP）;在第一层的里面涂有导电材料的垂直，中间层是灯泡阵列，第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。;OLED;6.1为什么说发光二极管的发光区在PN结的P区？这与电子、空穴的迁移率有关吗？

答：这是因为发光二极管在正向电压的作用下，电子由N区向P区运动，而空穴向N区运动。但由于电子的迁移率μN比空穴的迁移率μp高20倍左右，电子很快从N区迁移到P区，因而复合发光主要发生在P区。

6.2为什么发光二极管必须在正向电压下才能发光？反向偏置的发光二极管能发光吗？

答：由于LED的发光机理是非平衡载流子即电子与空穴的扩散运动导致复合发光，因此要求扩散运动占优势，所以必须加正向电压。在不加偏加或加反向偏压的情况下，PN结内部的漂移运动占主要优势，而这种少子运动复合几率小，不足以使LED发光。;6.3发光二极管的发光光谱由哪些因素决定？光谱的半宽度有何意义？

答：发光二极管的发光光谱由材料的种类、性质及发光中心的结构决定，而与器件的几何形状和封装方式无关。

谱线半宽度（半功率宽度2Δλ）——在LED谱线的峰值λP两侧±Δλ处，存在两个光强等于峰值一半的点，它们之间的宽度。

意义：它是一个反映LED单色性的参数。半宽度越小，则发光光谱单色性越好，发光功率集中于半谱线宽度内。;半导体激光器;半导体PN结;在激光物质中，产生激光的必要条件之一就是受激辐射要占主导地位，此时就必须从外部给工作物质输入能量，使处于激发态的载流子多于处于基态的载流子，也就是把载流子的正常分布倒转过来——粒子数反转

粒子数反转的条件：增益大