Главная Преобразователи механических величин



10 10

ZnSe

SiC-Al,H ZnMgTe

GaAsP

Л, MM

Рис. 1.3. Возможности изготовления светонэл1учаи>* щих диодов вз различиьм

элементов

Однако следует отметить, что не все фотоны, возникшие в результате излу-чательных рекомбинаций, могут покинуть пределы прибора. Часть из них поглощается по пути к оптической поверхности диода, а часть отразится от поверхности внутрь. Излучательная эффективность с учетом этих потерь характеризуется внешним квантовым выходом излучения

Явнетв - Лвк V К~ . , - У К,

где Y - коэффициент инжекции р-п перехода; /С-коэффициент, характеризующий потери излучения при его выводе из СИД через оптическую систему.

Светоизлучающие диоды в зависимости от спектра излучения подразделяются на излучающие в видимой области спектра (0,45... 0,68 мкм) и излучающие в инфракрасной области спектра (выше 0,7 мкм).

К основным характеристикам СИД относятся:

яркостная характеристика (для СИД видимого спектра излучения) 1 = =/(пр), где /пр -прямой ток, протекающий через СИД; диаграмма направленности излучения; вольт-амперная характеристика Iav=l(U);

мощностная характеристика (для СИД инфракрасного спектра излучения)

нзл=/(/пр).

к основным параметрам СИД относятся [6]:

Ф - сила света - световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном плоскости излучающего кристалла; измеряется в канделах (люмен иа стерадиан);

L - яркость - величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности; измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м);

t/np - напряжение на СИД при протекании через него постоянного прямого тока;

Jnp тад: - максимально допустимый постоянный прямой ток, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе;

/и max - максимально допустимый прямой импульсный ток через СИД, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе;

Ризл - мощность излучения измеряется в милливаттах (мВт)



Ризп.и - импульсная мощность излучения - амплитуда потока, излучаемого СИД в импульсе;

t/обр moi - максимально допустимое обратное напряжение;

кгяах-длина волны излучения, соответствующая максимуму спектральной характеристики СИД;

ДЯо,5 - ширина спектра излучения -• интервал длин волн, в котором мощность излучения СИД составляет половину максимальной;

ир.нзл - время нарастания излучения - интервал времени в момент включения, в течение которого мощность излучения диода изменяется от 0,1 до 0,9 своего максимального значения; сп.изл - время спада излучения - интервал времени в момент выключения, в течение которого мощность излучения диода изменяется от 0,9 до 0,1 своего максимального значения.

В приложении приведены основные характеристики и параметры серийно выпускаемых СИД. В последнее время СИД широко применяются в устройствах контроля различных качественных и количественных параметров веществ и материалов [23]. В этих устройствах наиболее часто используются СИД, излучающие в ближней ИК-области спектра. На этот диапазон спектра разработаны СИД на основе твердых растворов антиманидов индия - галлия [3]. Такие СИД должны иметь достаточно высокий КПД, хорошую герметизацию и направленный поток излучения. Однако внешний квантовый выход этих приборов ограничивается большими потерями излучения, связанными с поглощениями внутри кристалла и очень малыми критическими углами. Этн потери могут быть уменьшены, если одной из областей р-п структуры придать форму сферы Вей-ерштрасса или использовать покрытия из халькогенидных стекол i[4]. Покрытия также выполняются в виде сферы Вейерштрасса или усеченного эллипсоида. Диаметр сферы выбирается в 4 раза больше линейных размеров СИД.

Спектральные характеристики СИД со стеклянным покрытием и без него при 300 и 77 К представлены на рис. 1.4. Как видно из рисунка, покрытие СИД не изменяет их спектральных характеристик. Вместе с тем при использовании покрытия в виде сферы Вейерштрасса или усеченного эллипсоида КПД СИД воз-

£DmH.td.

V\---Д

\ 1

г, 8

5,Z 3,6 Л.мкм


Рис. 1 4. Спектры излучения светоизлучающих диодов на основе InAs

{2, 4) и твердых растворов InGaAs

(1,3)-

г -при 77 К; S, 4 -при 300 К; I, II - спектральные характеристики без покрытия н с покрытием нз ха тькогенндного стекла

Рис. 1.5. Диаграмма направленности

излучения:

/ - без покрытия; 2, 3 - с покрытием в виде эллипсоида с соотношением линейных размеров 1 4 и 1 : 6 соответственно



растает в 3-4 раза, достигая 1,6% при ЭОО К. Диаграммы направленности излучения СИД без покрытий и с покрытием приведены иа рис. 1.6.

Как элемент электрической цепи СИД характеризуется вольт-амперной характеристикой (ВАХ), близкой к характеристике обычного диода. Характерным для ВАХ СИД является наличие начального порога включения 1,5... 2,2 В и почти линейного рабочего участка. Спектральные характеристики могут быть с одним и двумя выраженными максимумами. Диаграмма направленности излучения СИД как точечного источника излучения определяется его конструкцией, наличием линз, оптическими свойствами материала и может быть узконаправленной.

Одним из основных недостатков СИД является температурная зависимость интенсивности излучения. С увеличением температуры интенсивность излучения уменьшается и максимум спектральной характеристики уходит в сторону длинных волн. В качестве примера на рис. 1.6 и 1.7 приведены температурная зависимость потока излучения и разброс спектральных характеристик [7].

Величина и характер изменения интенсивности СИД при изменении температуры окружающей среды определяется их физико-химическими свойствами. В случае линейного характера изменения интенсивности излучения СИД в заданном диапазоне температур температурная нестабильность излучения обусловлена температурным коэффициентом Ки, значение которого находится из выражения [8]

где ДФ - величина изменения интенсивности излучения СИД; Фтах - максимальная интенсивность излучения; АГ - изменение температуры светодиода. Значение температурного коэффициента обычно выражено в процентах на градус. Значения температурных коэффициентов для некоторых СИД приведены в табл. 1.2.

Знаки перед температурными коэффициентами указывают нз уменьшение интенсивности излучения при повышении температуры. Если изменения интенсивности излучения имеют сложный ха-

Ф),отн ед.

АП507Г АП102Б


SO 600 660 720 780 OW ООО ООО Х,НМ

щ% о

25 IC

Рис 1 6. Температурный разброс спектральных характеристик светодиодов:

--4-20° С;---t=rC;-----t = 40°C

Рис. 1.7. Типовая температурная зависимость потока излучения



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


0.0138