Сайты ТУСУРа

Основы оптоэлектроники

Учебное пособие

Излагаются физические основы, принципы работы элементов и приборов современной полупроводниковой оптоэлектроники, использующих свойства объёмных материалов, гетероструктур, p-n переходов. В изложении материала сделан акцент на описание физических процессов формирования электрических, оптических, флуктуационных и фотоэлектрических свойств объектов оптоэлектроники. Для проверки понимания полученных знаний каждая глава пособия заканчивается десятью вопросами. В первых главах пособия в сжатой форме излагаются основы зонной теории полупроводников, необходимых для понимания принципа работы элементов оптоэлектроники. При этом особое внимание уделено описанию и объяснению важных понятий, используемых для понимания зонной модели твердого тела и объяснению которых в учебной литературе уделяется недостаточно внимания. Это понятие длины свободного пробега и время жизни фотона, времени жизни неравновесных носителей заряда, понятие квазиуровней Ферми, дисперсии случайной величины и другие. Рассмотрение эффекта двулучепреломления в анизотропных кристаллах в наглядной форме объясняется возникновения набега фазы, а также предсказывается эффект самоограничения двулучепреломления. Для полноты рассмотрения эффектов поворота плоскости поляризации световой волны рассматриваются ориентационные и оптические свойства жидких кристаллов. В дополнение к эффекту двулучепремомления в качестве возможного способа управления световым излучением рассматривается эффект Франца-Келдыша. В последующих главах описаны эмиссионные и фотоэлектрические свойства полупроводниковых элементов на основе фотопроводимости и фотоэдс в p—n переходах, позволяющих аргументировано выбрать оптимальный способ эмиссии излучения и его регистрации. Приведённая далее информация о флуктуационных свойствах полупроводнико-вых элементов поясняет физическое содержание дисперсии шума и позволяет минимизировать шумы оптоэлектронного прибора для достижения максимальной обнаружительной способности.

Кафедра электронных приборов

Библиографическая запись:

Давыдов, В. Н. Основы оптоэлектроники: Учебное пособие [Электронный ресурс] / В. Н. Давыдов. — Томск: ТУСУР, 2022. — 95 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/10139
Автор:   Давыдов В. Н.
Год издания: 2022
Количество страниц: 95
Скачиваний: 72

Оглавление (содержание)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ 5

2 ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 7

2.1 Общие положения 7

2.2 Модельные представления 7

2.3 Зонная диаграмма полупроводника 9

2.4 Квазиимпульс электрона. Долины энергии и зона Брилюэна 12

2.5 Распределение частиц по энергии. Функция Ферми – Дирака 14

2.6 Положительно заряженные квазичастицы – дырки 16

2.7 Движение частиц под действием электрического поля 17

2.8 Механизмы формирования тока в полупроводниках 19

Вопросы по главе 2 21

3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ 22

3.1 Основные параметры поглощения излучения 22

3.2 Основные механизмы поглощения излучения 24

3.3 Собственное поглощение. Прямые и непрямые переходы 25

3.4 Примесное поглощение излучения 27

3.5 Поглощение свободными носителями 28

3.6 Решеточное поглощение 29

Вопросы по главе 3 29

4 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 30

4.1 Основные понятия и параметры 30

4.2 Фотопроводимость полупроводников: собственная и примесная 32

4.3 Полевые свойства фотопроводимости 37

4.4 Частотные свойства фотопроводимости 38

4.5 Фотовольтаические эффекты в полупроводниках 40

4.6 Квазиуровни Ферми в полупроводниках 43

4.7 Барьерная фотоэдс в полупроводниковых p-n переходах 45

4.7.1 Электронно-дырочные переходы 45

4.7.2 Фотоэлектрические свойства p-n переходов. Барьерная фотоэдс 47

4.8 Лавинные фотодиоды 49

Вопросы по главе 4 50

5 ЭМИССИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 51

5.1 Описание излучательных процессов в полупроводниках 51

5.2 Зависимость эмиссии от уровня легирования 53

5.3 Спонтанное и вынужденное излучение атома 55

5.4 Стимулированное излучение твердых тел 58

5.5 Принцип создания генератора света 59

5.6 Линия излучения твердых тел 61

5.7 Светодиоды на основе гомогенного p-n перехода 64

5.8 Светоизлучающие структуры с высоким квантовым выходом 65

5.9 Лазеры на полупроводниковых гетероструктурах 65

Вопросы по главе 5 67

6 ФЛУКТУАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ 69

6.1 Типы и природа шумов 69

6.2 Основные параметры и характеристики шумов 71

6.3 Полевые и фоновые свойства шумов в полупроводниках 72

6.4 Частотные свойства шумов различной природы 73

Вопросы по главе 6 75

7 ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ 77

7.1 Общие сведения об электрооптических эффектах 77

7.2 Эффект Франца – Келдыша в оптоэлектронике 77

7.3 Двулучепреломление в анизотропных 3D кристаллах 80

Вопросы по главе 7 81

8 ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ В ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ 82

8.1 Общие сведения о жидких кристаллах 82

8.2 Основные свойства жидких кристаллов 82

8.3 Типы и структура жидких кристаллов 83

8.4 Ориентационные эффекты в жидких кристаллах 86

8.5 Оптические свойства жидких кристаллов 88

8.6 Применение жидких кристаллов в оптоэлектронике 91

Вопросы по главе 8 94

9 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ 95

10 ЛИТЕРАТУРА 95


Похожие пособия