Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Октября 2012 в 17:52, курсовая работа
Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.
Рис. 9. Вольтамперные характеристики металлического контакта к образцам GaAs при увеличении концентрации носителей [178].
А соответствует низкой концентрации; В — концентрации 1018 см3 ; С — концентрации 1019 см3.
Реальные омические контакты
На практике определенный выше идеальный контакт может быть получен только с некоторым приближением. Обычно это достигается с помощью контакта сильнолегированного полупроводника с металлом. По мере увеличения концентрации носителей уменьшается ширина обедненного слоя полупроводника. При очень высоких концентрациях носителей обедненный слой становится достаточно тонким, и сквозь него происходит квантово-механическое туннелирование носителей. При уменьшении толщины обедненного слоя ток заметно увеличивается при повышении напряжения в обоих направлениях (рис. 9). Кривая А на рис. 9 представляет собой типичную кривую, характерную для устройств с низкой концентрацией носителей, т. е. с широкой областью обедненного слоя. Электроны в полупроводнике n-типа находятся внутри узкого интервала энергий вблизи края зоны проводимости, тогда как в металле электроны с наибольшей энергией с достаточно высокой плотностью находятся на уровне Ферми. Разность энергий на границе раздела также влияет на высоту барьера (поверхностные состояния здесь не учитываются). Небольшое количество термически возбужденных электронов имеет энергию, большую, чем край зоны или уровень Ферми, хотя число их уменьшается экспоненциально с энергией согласно распределению Больцмана. В отличие от этой модели, согласно которой высота барьера Шоттки прямо связана с работой выхода из металла, высота барьеров φв в ковалентных полупроводниках, таких, как соединения AШBV, почти не зависит от металла, но зависит от ширины запрещенной зоны:
Получение омических контактов
Высокая концентрация носителей в полупроводнике может быть получена во время процесса, предшествующего образованию контакта (например, при диффузии Zn, которую можно использовать для получения p-n перехода). Поверхностная концентрация Zn после диффузии обычно такая высокая, что для получения контакта может быть использован любой металл, например золото или алюминий; оба эти металла обычно применяются в процессе изготовления кремниевых приборов.
Если уровень легирования полупроводника невысок, его необходимо повысить до или во время формирования омического контакта. Для того чтобы снизить число технологических этапов, обычно предпочитают последний вариант. Это в свою очередь приводит к тому, что для получения омического контакта необходимо использовать сплав, содержащий легирующую примесь в металлической основе. Нанесение контакта осуществляется следующими методами: тепловым испарением в вакууме, электронно-лучевым испарением, распылением и гальваническим нанесением металла на поверхности, протравленные химическим способом и свободные от окислов. Нанесение производится при повышенных температурах, или после нанесения производится вжигание для введения в полупроводник легирующих добавок. Контакт должен не только быть омическим, но удовлетворять следующим требованиям:
1. Металл для
контакта должен смачивать
2. Поля механических напряжений на границе раздела и в металле должны быть малыми, чтобы избежать повреждений перехода, лежащего в полупроводнике.
3. На прозрачном полупроводнике, таком, как GaP, контакт должен слабо поглощать свет, поскольку большая часть света испытывает многократное внутреннее отражение, прежде чем свет выходит из полупроводника.
4. Контакт должен быть стабилен и для уменьшения влияния механических напряжений совместим с последующими технологическими операциями, такими, как соединение полупроводника с проволочным электродом, помещение диода в корпус и старение.
Все эти требования нельзя удовлетворить с помощью одного лишь металла (за исключением сильно вырожденных поверхностных слоев); поэтому обычно выбирают комбинацию из двух или трех металлов или полуметаллов. Один из компонентов системы, предназначенной для металлизации, является легирующей примесью. Основная часть системы — металл, обеспечивающий низкое электрическое сопротивление и механическую прочность, необходимую для присоединения электрода. Третий компонент выполняет специальные функции, такие, как увеличение смачиваемости, т. е. предотвращает скатывание основного металла в шарики.
По сравнению
с другими электрическими источниками
света (преобразователями
Высокий КПД. Современные светодиоды немного уступают по этому параметру только натриевым газоразрядным лампам[9]. Однако натриевые лампы малопригодны для освещения жилых помещений из-за специфического цвета.
Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).
Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.
Спектр современных люминофорных диодов аналогичен спектру люминесцентных ламп, которые давно используются в быту. Схожесть спектра обусловлена тем, что в этих светодиодах также используется люминофор, преобразующий ультрафиолетовое или синее излучение в видимое с хорошим спектром.
Малая инерционность.
Малый угол излучения. Это может быть как достоинством, так и недостатком.
Низкая стоимость индикаторных светодиодов, но высокая стоимость при использовании в освещении.
Безопасность — не требуются высокие напряжения.
Нечувствительность
к низким и очень низким температурам.
Однако, высокие температуры
Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.), в отличие от люминесцентных ламп.
Поэтому они так
востребованы во всех сферах.