Светоизлучающие диоды (СИД), или светодиоды

Рис. 7.9 УГО

Светодиод - излучающий полупроводниковый прибор с одним электрон­но-дырочным переходом, предназначенный для непосредственного преобразо­вания электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

СИД - универсальный излучатель в оптоэлектронике. Он используется в качестве индикатора включения блоков, для визуального отображения появле­ния высоких потенциалов на выходах ИМС, является элементом цифровых и цифробуквенных мозаичных индикаторов и т.п.

Устройство СИД отличается от обычного диода, в принципе, только наличием линзы, как правило, пластмассовой.

Рис. 7.10 Устройство светодиода

В качестве полупроводника используется карбид кремния (SiC), арсенид гал­лия (GaAs), нитрид галлия (GaN), фосфид галлия (GaP) и др., см. ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 7.11 Схема включения светодиода

При подаче на p-n переход прямого напряже­ния наблюдается интенсивная инжекция неос­новных носителей заряда: электронов в р-область и дырок в n-область.

Инжектирован­ные неосновные носители рекомбинируют с основными носителями в данной области полупроводника.

При рекомбинации выделяется энергия. У многих полупроводников рекомбинация носит безызлучательный характер - энергия, выделяющаяся при реком­бинации, отдается кристаллической решетке, фононам, т.е. превращается в конечном ито­ге в тепло.

У полупроводников, выполненных на основе вышеперечис­ленных материалов, рекомбинация является излучательной - энергия при ре­комбинации выделяется в виде квантов излучения - фотонов. Поэтому у таких полупроводников прохождение через p-n переход тока в прямом направлении сопровождается некогерентным оптическим излучением определенного спек­трального состава.

Светодиод, как элемент электрической схемы, характеризуется ВАХ.

Ход ВАХ светодиода не отличается от ВАХ обычного диода.

Светодиод, как излучатель, характеризуют:

1. Излучательной (яркостной) характеристикой - зависимостью яркости от тока

В = f(I_пр),

где В - яркость свечения [кд/м² ];

2. Мощностной характеристикой - зависимостью мощности излучения от тока;

3. Спектральной характеристикой - зависимостью относительной спектральной плотности мощности от длины волны излучения.

Рис. 7.12 Излучательная и мощностная характеристики светодиода

Рис. 7.13 Спектральная характеристика светодиода P= ∫S_d=2/

^

Спектральные характеристики имеют выраженный макси­мум на некоторой длине волны _mах. Величина _mах определяет цвет излуче­ния, зависит от материала полупроводника диода и составляет 1,7 мкм для SiC; 0,9 мкм - GaAs.

При необходимости, можно выбрать светодиод со спектральной характеристикой, близкой к кривой относительной видимости глаза.

Электрические параметры светодиода:

1. Максимальный и номинальный прямой ток I_{пр max}, I_{пр ном} (диапазон лежит до 50ma, у СИД малой мощности);

2. Номинальное прямое напряжение U_{пр ном};

3. Максимальное обратное напряжение U_{обр max}(4-12 В);

4. Допустимая рассеиваемая мощность Р_{расс max} [мВт];

5. Диапазон рабочих температур - 60°-+70°С.