Шаблон Joomla! accessible

Электроника и оптика: теория

24.03.2011 23:50

Полупроводниковые лазеры и светодиоды

Отличительной особенностью полупроводников, выделяющей их в отдельный класс материалов, является возможность управляемо изменять (инвертировать) тип их электропроводности. При этом диапазон изменения удельного сопротивления может достигать двадцати и более порядков. Именно эта особенность привела к созданию перехода и развитию полупроводниковой электроники и микроэлектроники. Области их применения весьма широки от простейших световых индикаторов до волоконно-оптических линий связи сверхвысокой емкости и лазерных систем обработки информации.

Их тиражи превышают миллионы при номенклатуре в несколько сотен модификаций. Обладая традиционными преимуществами полупроводниковых приборов: малыми габаритами, мгновенной готовностью к работе, низкими рабочими напряжениями, надежностью, совместимостью с интегральной полупроводниковой технологией, экономичностью и низкой стоимостью, светодиоды и инжекционные лазеры с высокой эффективностью преобразуют электрическую энергию (сигнал) в световую.

Полупроводниковые гетеропереходы и инжекционная электролюминесценция: В основе действия полупроводниковых светодиодов и инжекционных лазеров лежит электролюминесценция. Наиболее эффективным методом электрического возбуждения является инжекция не основных носителей заряда через переход при приложении к нему напряжения U в прямом направлении. Такая люминесценция называется инжекционной. За счет процессов рекомбинации их концентрация убывает по мере удаления от области объемного заряда.

При постоянной скорости рекомбинации (постоянном времени жизни) концентрация не основных носителей заряда будет уменьшаться с расстоянием по экспоненциальному закону. Расстояние, на котором их концентрация уменьшится в е раз, равно диффузионной длине. Эту величину можно принять за глубину, на которую проникают инжектированные носители заряда. Таким образом, глубину проникновения электронов в область можно считать равной их диффузионной длине L" в материале, а глубину проникновения дырок в область диффузионной длине Lp в материале.

По мере удаления от области объемного заряда квази уровни Ферми будут приближаться к равновесному уровню, сливаясь с ним. На расстоянии, равном диффузионной длине Д, или Lpt неравновесный квази уровень Ферми снижается (для электронов) или повышается (для дырок) приблизительно на от максимального значения на границе -л-перехода. Другими словами, расстояние FZ-F! как и ранее, определяется уровнем возбуждения, Заметим, что максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу, ограничено.

Для обычного гомо перехода это значение определяется полным спрямлением потенциального барьера. Внешним полем можно почти полностью убрать потенциальный барьер, но невозможно сделать его отрицательным. Физически это означает, что переходе (точнее, в гомо переходе) концентрация инжектированных не основных носителей заряда, как правило, не может превышать концентрацию этих же носителей в эмиттере, где они являются основными. Хвосты плотности состояний появляются вследствие сильного легирования материала.
Полупроводниковые светодиоды

Влияние пористости и шероховатости

Влияние пористости и шероховатости поверхности на удельную проводимость и электроосмос
Опираясь на экспериментальный материал, Бикерман пришел к выводу, что гель препятствует движению жидкости в значительно большей степени, чем прохождению тока.

Подтверждение высокой проницаемости гелей для ионов можно найти в обзоре и работе. Однако сопротивление, оказываемое гелем движению жидкости под влиянием перепада давления, не имеет прямого отношения к поставленному Бикерманом вопросу о движении жидкости в порах поверхностного геля, так как последнее вызывается не перепадом давления, а электрическим полем.

Допустим, что поры достаточно широки, а концентрация электролита достаточно высока, при этом дебаевский радиус меньше радиуса пор. Электроосмотическая скорость жидкости в порах может в данном случае описываться формулой Смолуховского и будет по величине такой же, как в свободном объеме жидкости над поверхностью геля, так что гидродинамическое сопротивление последнего не характеризует перенос жидкости в таких условиях.

В связи с этим необходимо несколько иначе аргументировать правильный вывод Бикермапа. Пусть имеются два капилляра с одинаковым значением истинного £, отличающиеся лишь наличием электропроводящего гелеобразного слоя во втором капилляре. Измеряемый поток жидкости в обоих капиллярах окажется практически одинаковым, так как потоками жидкости в гелеобразном слое (хотя линейная скорость жидкости в нем и не мала) можно пренебречь ввиду малой плотности пор геля по сравнению с площадью сечения капилляра.

Поверхностная проводимость второго капилляра будет заметно превышать поверхностную проводимость первого за счет проводимости гелеобразного слоя. Принято считать, что гидродинамическое течение не вовлекает жидкость, заполняющую углубления в поверхности, т. е. такие углубления являются как бы застойными зонами для движущейся жидкости. Чтобы учесть это, условно вводят плоскость скольжения, на которой скорость течения обращается в нуль.

Бикерман считает, что хотя жидкость как целое в застойных зонах, т. е. между плоскостью скольжения и реальной поверхностью, неподвижна, заполняющие их ионы подвижны и вносят вклад в измеряемую поверхностную проводимость. Следовательно, электрокинетический заряд окажется меньше, чем подвижный, на величину подвижного заряда, локализованного в застойных зонах шероховатой поверхности.

Допуская, что ионы, локализованные между гипотетической плоскостью скольжения и поверхностью, подвижны, следует отказаться от представления об иммобилизации ньютоновской жидкости шероховатостью. Повсюду, где имеется подвижный, не скомпенсированный объемный заряд, должно возникать электроосмотическое течение жидкости. При наличии объемного подвижного заряда в углублениях на шероховатой поверхности и внешнего электрического поля допущение аналогии с застойными зонами при течении жидкости под действием перепада давления совершенно не оправдано.
По материалам elprov-dispsist.ru

Многоэлектродные лампы

Стремление к улучшению параметров приемно-усилительных ламп, увеличению коэффициента усиления и крутизны характеристики S без значительного повышения анодного напряжения, а также необходимость уменьшить рабочие (динамические) междуэлектродные емкости, которые сильно сказываются при усилении высоких частот, побудило к поискам новых конструкций ламп, свободных от недостатков триода.

Такими конструкциями явились многосеточные лампы. Наибольшее количество сеток, применяющихся в современных лампах, равно шести, причем назначение этих сеток различно. С назначением управляющей сетки управлять анодным током в лампе мы уже знакомы по работе трех электродной лампы.

Мы знаем также, что между управляющей сеткой и анодом триода имеется емкостная связь Cga, так же как и между анодом и катодом Са . Емкостная связь Caf влияет, как мы видели, на проницаемость D лампы и чем Са меньше, тем меньше D и больше р. С другой стороны, проходная емкость Cga должна быть возможно меньшей, так как при работе лампы на переменном напряжении через эту емкость текут емкостные токи, осуществляющие связь между анодным и сеточным контурами.

Такая связь в ряде случаев оказывается вредной, так как вносит искажения в усиление сигналов и создает возможность самопроизвольного усиления сигналов, могущего привести к самовозбуждению приемно-усилительного устройства. Если же усилитель начинает сам генерировать колебания в результате самовозбуждения, то его нормальное усилительное действие полностью прекращается.

Таким образом, чтобы исключить ряд подобных недостатков в действии ламп, целесообразно сколь возможно уменьшить проходную емкость Cga. Как мы видим, обе задачи уменьшения Са я С могут быть достигнуты одним способом уменьшением емкостной связи анода с обоими этими электродами (катодом и управляющей сеткой) одновременно, для чего анод следует электростатически экранировать от них. Чтобы достичь этого, в лампу вводится еще одна экранирующая сетка.

Эта сетка помещается между анодом и управляющей сеткой и заряжается до положительного потенциала значительной величины. Но так как экранирующая сетка имеет большой положительный потенциал, по величине близкий к анодному, в лампе создаются благоприятные условия для возникновения вторичной эмиссии электронов из электрода с меньшим положительным потенциалом на электрод с большим потенциалом, что вызывает искажение характеристик лампы.

Для уничтожения связанного с этим динатронного эффекта в лампу помещают еще одну сетку защитную или антидинатронную. Она располагается между анодом и экранной сеткой, т. е. между электродами, имеющими близкие по величине положительные потенциалы, и имеет обычно нулевой потенциал (часто эта сетка просто соединяется с катодом внутри лампы и не имеет отдельного вывода).
Читать далее