Образовательные публикации
Светодиоды
Светодиоды - полупроводниковые источники некогерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на явлении электролюминесценции при инжекции не основных носителей заряда через гомо или гетеро переход.
Как правило, светодиоды работают в спектральном диапазоне 0,4... 1,6 мкм Приборы, излучающие в видимом диапазоне, принято называть светоизлучающими диодами СИД (в этом названии слово свет употребляется в узком смысле)- В своем большинстве они используются как индикаторы для отображения информации. а также как малоинерционные источники света для генерации световых импульсов малой длительности. Приборы, излучающие в ближней инфракрасной области спектра, принято называть ИК светодиодами.
Они, как правило, предназначены для работы в качестве источников излучения в различного рода оптоэлектронных устройствах, в системах автоматического контроля, в датчиках, в системах накачки, ИК подсветки т. п. Более высокая по сравнению с лазерами надежность и стабильность характеристик а также сравнительно простая конструкция светодиодов делают их особенно подходящими для систем связи короткие расстояния при невысокой информационной пропуск ной способности.
Светодиоды работают при пропускании через них тока в пря мом направлении. В светодиоде важно обеспечить такие условия, чтобы рекомбинация инжектированных не основных носителей заряда происходила излучательным путем. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к переходу, определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материал. и уровнем его легирования.
Основные достоинства светодиодов как видимого, так и ИК диапазонов обусловлены возможностью непосредственного преобразования электрической энергии в световую с высокой эффективностью. Поэтому важными характеристиками светодиодов являются эффективность и спектральный состав излучения. Эффективность. Спонтанное излучение генерируется в активной области вблизи перехода и испускается изотропно во все направления.
Оказалось, что к качеству полупроводниковых материалов, предназначенных для изготовления светодиодов. предъявляются еще более жесткие требования, чем к материалам для обычных полупроводниковых приборов типа диодов и транзисторов. В первую очередь такие материалы должны содержать минимум дефектов, в том числе глубоких центров, на которых происходит эффективная безызлучательная рекомбинация.
Важно, чтобы скорость излучательной рекомбинации превышала скорость безызлучательной. Это условие значительно проще выполнить в прямозонных полупроводниках, поскольку вероятности излучательных переходов там существенно выше, чем в не прямозонных материалах. По этой причине для изготовления свето диодов предпочтительней использовать полупроводники с пря мой структурой энергетических зон. Однако круг материалов, на основе которых могут быть изготовлены светодиоды, весьма ограничен.
Читать далее
Двухэлектродная лампа
Двухэлектродная лампа (так называемый диод), впервые предложенная в 1904 г., является простейшей электронной лампой. У нее всего два электрода накаленный катод, служащий источником свободных электронов, и анод, к которому эти электроны движутся под действием приложенного напряжения.
Чем выше температура катода, тем больше начальная скорость электронов (средняя кинетическая энергия электронов равна 2kT, где k постоянная Больцмана), т. е. тем большее вдело их обладает сравнительно большими скоростями. Имея определенную начальную скорость, электроны даже при потенциале анода, немного меньшем потенциала катода, могут преодолевать тормозящее поле и долететь до анода, создавая в цепи анода небольшой величины "начальный" ток.
Величина ".начального" тока о зависит также от расстояния между анодам и катодом, а именно, чем ближе расположены они друг к другу, тем больше электронов попадает "а анод при отсутствии анодного напряжения. Тормозящий электроны отрицательный потенциал играет в этом случае роль как бы добавочной работы выхода для электронов, идущих из катода.
Рассмотрим, как изменяется потенциал между катодом и анодом, если последние представляют собой безграничные параллельные плоскости. Примем потенциал катода равным нулю, а потенциал анода равным Ua. Если катод не накален, то электронная эмиссия отсутствует, и распределение потенциала в междуэлектродном пространстве оказывается линейным (кривая ).
Если катод нагреть до высокой температуры, то из его поверхности начнут вылетать электроны, которые под действием приложенного анодного напряжения будут двигаться к аноду. Каждый электрон имеет элементарный отрицательный заряд ( е), поэтому все электроны, заполняющие междуэлектродное пространство, составляют распределенный в пространстве отрицательный пространственный или объемный заряд.
Этот отрицательный пространственный заряд понижает общий положительный потенциал между катодом и анодом. При этом распределение потенциала уже не останется линейным (кривая 2), но все же, если объемный заряд невелик, то во всех точках поля действует ускоряющее поле, под действием которого все электроны, покидающие поверхность катода, достигают поверхности анода.
В дальнейшем рассмотрении мы оставляем накал катода неизменным (число электронов, выходящих из катода, постоянно), и будем изменять только величину потенциала анода. Уменьшим потенциал анода (кривая 3) так, чтобы кривая распределения потенциала, искривляясь еще более, все же осталась еще всюду положительной, но касательной в начале координат.
В дальнейшем сопротивление катода возрастает и ток :падает, но в первый момент его необходимо как либо ограничить. Обычно для отграничения "пускового" тока последовательно с нитью макала включается сопротивление, которое может служить либо дли ручной регулировки тока накала лампы, либо действует автоматически и представляет собой специальный электровакуумный прибор термистер.
Первоисточник
Удельная поверхностная проводимость
Пусть параллельно плоской стенке с ДС, характеризующимся распределением потенциала Фед (х), приложено однородно электрическое поле Е. При наличии двойного слоя этот ток несколько возрастает до значения.
Таким образом, приращение тока, называемое поверхностным током, характеризует влияние ДС на тангенциальный перенос заряда. Ток подобно линейно возрастает с увеличением Е, что наблюдается, следовательно, и для приращения. Сложнее обстоит дело с зависимостью от длины. Детальное рассмотрение тангенциального переноса заряда двойного слоя позволяет выразить через параметры двойного слоя.
Верхний предел, как оговаривалось, характеризует точку за пределами двойного слоя, где все подынтегральные выражения обращаются в нуль, поскольку избыточные концентрации ионов, фигурирующие в первых интегралах, и объемный заряд, фигурирующий в последнем интеграле, за пределами ДС равны нулю. Это позволяет во всех интегралах заменить верхний предел на бесконечность. Сравнивая полученную формулу с формулой, приходим к выводу, что выражение в фигурных скобках представляет собой формулу для поверхностной электропроводимости.
Следовательно, электроосмотический перенос некомпенсированного заряда вносит существенный вклад в поверхностную электропроводность. Пикард обратил внимание на то, что электрическая миграция иона в пределах двойного слоя может быть осложнена наличием объемного заряда в окружающей его среде, вследствие чего подвижность иона в двойном слое может отличаться от таковой в электро нейтральном объеме электролита.
Рассматривая, согласно Горину, миграцию иона, как электрофорез частицы с определенным гидродинамическим радиусом, вследствие чего подвижность оказывается пропорциональной поверхностному потенциалу иона, Пикард заметил следующее: отклонение концентрации ионов в двойном слое от объемной влияет на величину дебаевского радиуса экранирования иона и как следствие на его поверхностный потенциал и подвижность. Последние зависят от расстояния до межфазной поверхности вследствие изменения концентрации ионов при приближении к ней.
Поверхностный потенциал частицы с фиксированным зарядом становится чувствительным к величине дебаевского радиуса экранирования лишь тогда, когда он мал или соизмерим с радиусом частицы (в данном случае иона). Если характеризовать электроосмос не мгновенным, а усредненными по достаточно большому интервалу времени значениями скорости, теория Смолуховского сохраняет свое значение и в случае очень низких концентраций электролита, а рассчитанный им профиль электроосмотической скорости реализуется на расстояниях от стенки, меньших, чем среднее расстояние между ионами.
Это показано Дерягиным и Духиным при рассмотрении уравнения Навье Стокса в более общей форме, чем в теории Смолуховского, а именно с учетом того, что внешние силы приложены только в точках место нахождения ионов, движение которых нестационарно и трехмерно. В работе также отмечается, что поверхностный поток заряда (усредненный по времени) относительно лабораторной системы координат можно представить как сумму конвективного (электроосмотического) и омического потоков, за исключением случая очень высоких и очень низких концентраций электролита.
Источник: elprov-dispsist.ru
