авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Многофункциональные элементы оптоэлектроники на основе симметричных фоторезисторных структур

-- [ Страница 4 ] --

Для анализа нелинейных искажений, связанных с контактной инжекцией, мы воспользовались феноменологическим соотношением для переменного тока:

, (32)

где А const, зависящая от типа и параметров полупроводника, амплитуды напряжения; b параметр, который изменятся от 0 до 1 в зависимости от уровня и вида инжекции. Если , то это соответствует квадратичному закону инжекции. Выражение (32) справедливо при , где время диэлектрической релаксации. На рис.8 представлена зависимость КНИ от уровня инжекции .

 Зависимость коэффициента-217

Рис. 8. Зависимость коэффициента нелинейных искажений S

от уровня инжекции b

В случае кубического закона КНИ может достигать 80%. Следовательно, для обеспечения малых нелинейных искажений, необходимо избегать таких режимов работы.

Шестая глава посвящена технологии изготовления и исследованию порошковых электролюминесцентных структур, совмещающих в себе функции источника излучения и оптической памяти.

В настоящее время исследователи в основном заняты изучением плёночных ЭЛК, полученных методом эпитаксии на подложке. Такие ЭЛК обладают более высокими параметрами, чем порошковые. Основной недостаток пленочных ЭЛК является малая площадь излучения и сложность изготовления. Устаревшая технология изготовления порошковых ЭЛК главное препятствие их применения и совершенствования. Поэтому нами была разработана новая конструкция и технология изготовления порошковых ЭЛК, совместимая с технологией применяемой в микроэлектронике, описание которой приведено во второй главе. Новые порошковые ЭЛК обеспечили высокую повторяемость результатов и возможность исследования электролюминесценции в отсутствии связующего. Высокое качество современных порошковых люминофоров, простота разработанной нами технологии изготовления ЭЛК на их основе, высокая светоотдача, сравнимая с плёночными ЭЛК, делают перспективными порошковые ЭЛК для создания различных устройств на их основе.

Эффективность процессов электролюминесценции, как показывает эксперимент, зависит как от величины приложенного напряжения, так и от скорости изменения напряжения. В литературе отсутствует теоретический анализ этого процесса. Из проведенных нами экспериментов видно (рис. 9), что мгновенное значение интенсивности люминесценции вспышки включения резко изменяется при изменении длительности фронта нарастания. Время нарастания ()свечения у вспышки включения всегда заканчивается в момент (Т) прекращения нарастания импульса напряжения (рис. 9).

 Осциллограммы свечения люминофора-219

Рис. 9. Осциллограммы свечения люминофора ЭЛ-515 при различной длительности фронта нарастания импульса напряжения tи для импульса включения (U0 = 299В, Т = 5,7·10-3с, Т1 = 2,9·10-3с) и значения энергии излучения W за период: 1 W=23 отн.ед., tи=10мкс; 2 W=23 отн.ед., tи=40мкс



Из этого факта следует, что должна выполняться следующая зависимость между скоростью генерации и скоростью изменения напряжения:

, (33)

где , – непрерывная функция, пропорциональная вероятности ионизации полем; – значение напряжения в данный момент времени; Up пороговое напряжение, соответствующее началу процесса ионизации.

Соотношение (33) верно при . Покажем, что в этом случае энергия излучения не будет зависеть от длительности фронта импульса, а будет определяться только значением порогового напряжения и максимальным значением напряжения в импульсе. Известно, что

, где , (34)

поэтому:

. (35)

Здесь * число ионизованных центров свечения, tп время достижения напряжения величины, равной пороговому, время окончания процесса ионизации. , где Т– время нарастания напряжения до U0, квантовый выход. , так как . Из (35) следует, что энергия вспышки зависит от значения порогового напряжения () и максимального значения напряжения (). Из (33, 34, 35) при , получим:

. (36)

Из (36) следует известный экспериментальный закон , реализующийся при линейном нарастании приложенного напряжения . Проведенный эксперимент показал, что зависимости, построенные в координатах , для люминофора ЭЛ-515 и для люминофора ЭЛ-525 при различных частотах переменного напряжения, являются линейными. Следовательно, зависимость энергии W (яркости В) от напряжения в произвольном случае должна иметь вид:

. (37)

Выражение для скорости генерации, согласно (37), равно:

. (38)

Согласно проведенным экспериментам, энергия вспышки включения равна энергии вспышки выключения при и . Используя этот результат и выражения для скорости ионизации полем (33) и (38) нами получено дифференциальное уравнение процесса кинетики при условии, что :

, (39)

где функция, характеризующая скорость рекомбинации свободных носителей на центры свечения. Используя равенство (39), с учетом переходных процессов в цепи, содержащей активное сопротивление и емкость, получим:

, (40)

где – интенсивность свечения люминофора в единицах квант/с. Полагая, что в максимуме , и пренебрегая в уравнении (40) слагаемым , получим выражения для положения максимума и сдвига максимума свечения от амплитуды импульса с учетом ():

, , (41)

где m = соnst. На рис. 10(А, Б) построены теоретические (1) и экспериментальные (2) зависимости сдвига максимума свечения от приложенного напряжения при неизменном RC для люминофоров ЭЛ-515 и ЭЛ-525 соответственно.

 Зависимость tmax от напряжения U02. А -256

Рис.10. Зависимость tmax от напряжения U02.

А ЭЛ-515, Б ЭЛ-525. При (s-2)RC=20мкс., U01 =180В

Величина была рассчитана из экспериментальных кривых. Хорошее совпадение экспериментальных и теоретических кривых, построенных по формуле (41), является доказательством правильности соотношения (40).

Полученные выражения для скорости генерации позволили сделать вывод о причинах различия вспышек включения и отключения. Если , то вспышка включения должна превышать вспышку выключения. Если , то вспышка включения будет меньше вспышки выключения.

Для исследования зонной структуры порошковых люминофоров с рекомбинационным типом свечения нами предложен метод ТСЕ (рис. 11).

 А – Конструкция планарного-260

Рис. 11. А – Конструкция планарного электролюминесцентного конденсатора. Б – Эквивалентная схема структуры: 1 алюминиевые электроды, 2 ситалловая подложка, 3 слой люминофора, 4 слой диэлектрика

На основе соотношения В.И. Оделевского было получено выражение для ёмкости слоя люминофора () в нашей структуре:

, (42)

где х2 доля объема слоя, занимаемого люминофором; С0 геометрическая емкость области занимаемой люминофором; А, Ввеличины зависящие от величины приложенного напряжения, геометрических размеров структуры; концентрация свободных носителей в кристаллах люминофора. Концентрация свободных носителей является функцией температуры ns= ns(T). Определяя максимум функции Сл.экв(T) из выражения (42) получаем, что , если . Это условие совпадает с условием максимума термостимулированной проводимости (ТСП). Следовательно, для расчета глубины центров захвата, можно использовать соотношения, применяемые при расчетах по кривым ТСП. Метод ТСЕ может быть использован только для люминофоров с рекомбинационным типом свечения. В люминофорах ЭЛ-515, ЭЛ-525 и КО-530 методом ТСЕ обнаружены глубокие центры захвата (более 0,78эВ), которые из-за температурного тушения не проявляются при термовысвечивании (ТВ). На рис. 12 приведены кривые ТВ и ТСП для люминофора ZnS-In. На кривой ТВ у люминофора ZnS-In в области низких температур проявляется три пика при Т1 = –160 0С, Т 2 = –88 0С, Т 3 = –45 0С, а в области высоких температур – один пик при Т4= +110 0С, причем пик при температуре Т1 является сложным. Глубины залегания центров захвата равны соответственно Е1 = 0,24эВ, Е2= 0,398эВ, Е3= 0,49эВ и Е4 =0,8эВ. На кривой ТСЕ наблюдается два пика в высокотемпературной области при Т =+1280С (0,78эВ) и в низкотемпературной – Т=–200С (0,49эВ). Из кривых ТСЕ следует, что в низкотемпературной области термическое опустошение ловушек не сопровождается появлением свободных носителей, следовательно, центры захвата должны иметь возбужденные состояния, находящиеся в запрещенной зоне. Впервые с помощью емкостного метода изучены явления перераспределения зарядов по уровням локализации у люминофора ZnS-In (рис. 13, рис. 14).

 Кривые ТВ (1) и ТСЕ (2) люминофора ZnS-In-266

Рис. 12. Кривые ТВ (1) и ТСЕ (2) люминофора ZnS-In (f=5кГц)

 Кривые ТВ для люминофора ZnS-In-267

Рис. 13. Кривые ТВ для люминофора ZnS-In измеренные после возбуждения при Т=1100С (1) и облучении ИК светом 0,7 мкм при 196 0С (2)

 Кривые ТСЕ для люминофора ZnS-In-268

Рис. 14. Кривые ТСЕ для люминофора ZnS-In измеренные после возбуждения при Т=1100С (1) и облучении ИК светом 0,7 мкм при 196 0С (2)

Рис. 15. Зонная схема люминофора ZnS-In

По кривым ТВ и ТСЕ обнаружено, что переселение зарядов с уровня Е1= 0,398 эВ (88 °С) на уровень Е2= 0,29 эВ (138 °С) осуществляется без перехода в зону проводимости. На кривых ТСЕ (рис.14) не наблюдались максимумы в этой области температур, соответствующих максимумам Т (рис.13). На основе этого вывода была уточнена энергетическая зонная схема данного люминофора, в которой центры с энергиями Е1 и Е2 не имеют возбужденного состояния в зоне проводимости (рис.15). Таким образом, анализ процессов переноса зарядов с одних мест локализации на другие, а также кривых ТВ и ТСЕ позволяет уточнять зонную схему различных порошковых люминофоров.

В качестве устройств оптической памяти нами были использованы полученные ЭЛК. Если после прекращения освещения отключить напряжение и замкнуть контакты возникает вспышка свечения областей структуры, которые были освещены светом. Механизм запоминания следующий: при освещении происходит переход электронов в зону проводимости, а под действием приложенного напряжения часть электронов выходит из области кристалла на границу с диэлектриком. После отключения света и поля свободные носители удерживаются на границе кристаллов полем заряда металлических дорожек. После снятия заряда с дорожек, за счет замыкания контактов, носители возвращаются в объем кристалла и рекомбинируют со свободными центрами свечения. Для исследований использовались электролюминофоры типа ЭЛ-515, ЭЛ-525, ЭЛ-670. Возбуждение образцов осуществлялось светом с . На рис. 16 приведена кривая спада яркости вспышек от времени хранения для люминофора ЭЛ-525 при температуре –196 С.





Как видно из рис. 16, время хранения оптической информации достигает одного часа. Проведенные исследования позволили сделать вывод о способе повышения времени хранения. Для его увеличения необходимо увеличить толщину диэлектрического слоя на поверхности алюминиевых дорожек.

 Зависимость интенсивности вспышки-271

Рис. 16. Зависимость интенсивности вспышки от времени хранения

для структуры на основе люминофора ЭЛ-525 (t= 196 С)

Сопротивление диэлектрика должно быть сравнимо или на порядок больше, чем сопротивление освещенного образца (Ом). Рассмотрим математическую модель явления оптической памяти. Энергия излучения вспышки может быть найдена из уравнения:

, (43)

где С – емкость конденсатора, U – приложенное напряжение – квантовый выход. Выражение (43) верно для случая полной экранировки. Получим математическую модель вспышки свечения. Полагая, что время возвращения свободных носителей с границ кристаллов определяется временем стекания зарядов с металлических дорожек конденсатора, получим:

, (44)

где N0 – начальное число зарядов на обкладках конденсатора. Дифференциальное уравнение изменения числа ионизованных центров при возвращении свободных носителей с границ зерен кристаллов в объем будет иметь вид:

. (45)

Уравнение (45) нами решено численным методом. На рис. 17 (А) представлен теоретический график зависимости интенсивности вспышки свечения от времени при следующих значениях параметров в уравнении (45): RC = 10-6c, = 510-8 c-1, отн.ед. Хорошее соответствие кривых, представленных на рис. 17 (А, Б) говорит о правильности выбранной для расчета модели.

 Атеоретическая зависимость-278

Рис. 17. Атеоретическая зависимость интенсивности вспышки свечения от времени; Бэкспериментальная осциллограмма вспышки свечения структуры с люминофором ЭЛ-515

Проведенные исследования показали, что планарная структура типа МДПДМ на основе порошковых люминофоров может быть использована как устройство хранения оптической информации. Длительность хранения зависит от сопротивления диэлектрической прослойки и температуры. В качестве люминофоров должны использоваться полупроводники, в которых возбуждение сопровождается переходом электронов в зону проводимости. Для получения цветных изображений необходимо использовать смеси люминофоров, которые излучают в синей, зеленой и красной областях спектра.

В седьмой главе приводятся практические результаты работы. Рассмотрены ряд устройств, в которых фоторезистор выступает в роли смесителя. На рис.18 приведена блок схема передатчика с амплитудной модуляцией. Модулирующий сигнал подается на источник света 8. От источника света оптический сигнал, изменяющийся по закону модулирующего сигнала, поступает по световоду 9 на фоторезистор 3. На выходе фоторезистора согласно (17) появится амплитудно-модулированный сигнал, который по линии связи поступает на усилитель 5 и далее через согласующую линию связи 6 в антенну 7. Наличие световода, по которому распространяется модулирующий сигнал, позволяет обеспечить высокую скрытность источника сообщения. КНИ такого передатчика зависит в основном от уровня возбуждения фоторезистора (глубины модуляции). КНИ смесителя передатчика зависит от глубины модуляции и достигает S=2% при глубине модуляции M=10%. Для исключения нелинейных искажении, связанных с модулятором, необходимо несущий сигнал подать на источник света, а модулирующий на фоторезистор. Предлагаемое решение значительно проще аналога за счет идеальной развязки несущего и модулирующего колебания и имеет низкий КНИ, S<0,1% для второго случая.

Рис. 18. Блок схема передатчика с амплитудной модуляцией: 1 перестраиваемый высокочастотный генератор, 2, 4 и 6 линии связи, 3фоторезистор, 5усилитель мощности, 7антенна, 8источник света, управляемый сигналом сообщения, 9световод

Рассмотрим анализатор спектра электрических сигналов, в котором в качестве смесителя выступает фоторезистор (рис. 19). Исследуемый сигнал подается на усилитель входного сигнала 1. Гармонический сигнал с перестраиваемого гетеродина 5 подается на источник света 6. Оптический сигнал, интенсивность которого изменяется по закону сигнала гетеродина, поступает по световоду 8 на фоторезистор 2. На выходе фоторезистора появится сигнал, частоты гармоник которого будут равны разности частот гармоник анализируемого сигнала и частоты гетеродина. Далее сигнал с фоторезистора поступает на фильтр низких частот 3.

 Последовательный анализатор-280

Рис. 19. Последовательный анализатор спектра электрических и модулированных оптических сигналов на основе резисторного оптрона:

1усилитель, 2 фоторезистор, 3 фильтр низких частот, 4 регистрирующие устройство, 5 перестраиваемый гетеродин, 6 источник света, 7 частотомер, 8 световод

Если < , ( – полоса пропускания полосового фильтра низких частот) сигнал с фильтра низких частот поступает на регистрирующее устройство 4, которое измеряет амплитуду гармоники . Частота данной гармоники измеряется частотомером 7. Предлагаемый анализатор спектра отличается простотой изготовления, высокой точностью и может быть реализован на основе существующих перестраиваемых генераторов исполняющих роль гетеродина, фоторезисторных оптопар, частотомеров, усилителей и вольтметров.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.