Світлодіод або світловипромінювальних діод (СД. СІД. LED англ. Light-emitting diode) - напівпровідниковий прилад з електронно-дірковий переходом або контактом метал-напівпровідник, що створює оптичне випромінювання при пропущенні через нього електричного струму. Випромінюється світло лежить у вузькому діапазоні спектра, його спектральні характеристики залежать у тому числі від хімічного складу використаних в ньому напівпровідників.
При пропущенні електричного струму через p-n перехід в прямому напрямку, носії заряду - електрони і дірки - рекомбинируют з випромінюванням фотонів (через перехід електронів з одного енергетичного рівня на інший).
Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випускають світло при рекомбінації. Кращі випромінювачі ставляться до прямозонних напівпровідників (тобто таким, в яких дозволені прямі оптичні переходи зона-зона), типу A III B V (наприклад, GaAs або InP) і A II B VI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди для всіляких довжин хвиль від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).
Діоди, зроблені з непрямозонних напівпровідників (наприклад, кремнію, германію або карбіду кремнію), світло практично не випромінюють. Втім, у зв'язку з розвитком кремнієвої технології, активно ведуться роботи зі створення світлодіодів на основі кремнію. Останнім часом великі надії зв'язуються з технологією квантових точок і фотонних кристалів.
Вольт-амперна характеристика світлодіодів в прямому напрямку нелінійна. Діод починає проводити струм починаючи з деякого порогового напруги. Ця напруга дозволяє досить точно визначити матеріал напівпровідника.
Фотодіод - приймач оптичного випромінювання [1]. який перетворює потрапив на його фоточувствительную область світло в електричний заряд за рахунок процесів в p-n-переході.
Фотодіод, робота якого заснована на фотовольтаїчному ефекті (поділ електронів і дірок в p- і n- області, за рахунок чого утворюється заряд і ЕРС), називається сонячним елементом. Крім p-n фотодіодів, існують і p-i-n фотодіоди, в яких між шарами p- і n- знаходиться шар нелегованого напівпровідника i. p-n і p-i-n фотодіоди тільки перетворять світло в електричний струм, але не підсилюють його, на відміну від лавинних фотодіодів і фототранзисторів.
При впливі квантів випромінювання в базі відбувається генерація вільних носіїв, які спрямовуються до кордону p-n-переходу. Ширина бази (n-область) робиться такий, щоб дірки не встигали рекомбинировать до переходу в p-область. Струм фотодіода визначається струмом неосновних носіїв - дрейфовим струмом. Швидкодія фотодіода визначається швидкістю поділу носіїв полем p-n-переходу і ємністю p-n-переходу Cp-n
Структурна схема фотодіода. 1 - кристал напівпровідника; 2 - контакти; 3 - висновки; # 934; - потік електромагнітного випромінювання; Е - джерело постійного струму; RH - навантаження.
Фотодіод може працювати в двох режимах:
- фотогальванічний - без зовнішньої напруги
- фотодіодний - із зовнішнім зворотним напругою
- простота технології виготовлення і структури
- поєднання високої фоточутливості і швидкодії
- мале опір бази
- мала інерційність
- p-i-n фотодіод
- Фотодіод Шотткі (фотодіод з бар'єром Шотткі) Структура метал-напівпровідник. При утворенні структури частина електронів перейде з металу в напівпровідник p-типу.
- Лавинний фотодіод В структурі використовується лавинний пробій. Він виникає тоді, коли енергія фотоносіїв перевищує енергію освіти електронно-доручених пар. Дуже чутливі.
Лазерний діод - напівпровідниковий лазер, побудований на базі діода. Його робота заснована на виникненні інверсії населенностей в області p-n переходу при інжекції носіїв заряду
Лазерні діоди - важливі електронні компоненти. Вони знаходять широке застосування як керовані джерела світла в волоконно-оптичних лініях зв'язку. Також вони використовуються в різному вимірювальному обладнанні, наприклад лазерних далекомірах. Інша поширена застосування - зчитування штрих-кодів. Лазери з видимим випромінюванням, зазвичай червоні і іноді зелені - в лазерних указка, комп'ютерних мишах. Інфрачервоні та червоні лазери - в програвачах CD- і DVD-дисків. Фіолетові лазери - в пристроях HD DVD і Blu-Ray. Сині лазери - в проекторах нового покоління в якості джерела синього світла і зеленого (одержуваного за рахунок флюоресценції спеціального складу під впливом синього світла). Досліджуються можливості застосування напівпровідникових лазерів в швидких і недорогих пристроях для спектроскопії.
До моменту розробки надійних напівпровідникових лазерів, в програвачах CD і зчитувача штрих-кодів розробники змушені були використовувати невеликі гелій-неонові лазери.
Вольт-амперна характеристика тунельного діода. В діапазоні напруг від U1 до U2 диференціальне опір негативно. Звичайні діоди при збільшенні прямої напруги монотонно збільшують пропускається струм. У тунельному діоді квантово-механічне тунелювання електронів додає горб в вольтамперних характеристику, при цьому, через високий ступінь легування p та n областей, напруга пробою зменшується практично до нуля. Тунельний ефект дозволяє електронам подолати енергетичний бар'єр в зоні переходу з шириною 50..150 Å при таких напружених, коли зона провідності в n-області має рівні енергетичні рівні з валентною зоною р-області. [1] При подальшому збільшенні прямої напруги рівень Фермі n-області піднімається щодо р-області, потрапляючи на заборонену зону р-області, а оскільки тунелювання не може змінити повну енергію електрона [2]. ймовірність переходу електрона з n-області в p-область різко падає. Це створює на прямій ділянці вольт-амперної характеристики ділянку, де збільшення прямої напруги супроводжується зменшенням сили струму. Дана область негативного диференціального опору і використовується для посилення слабких надвисокочастотних сигналів. Найбільшого поширення на практиці отримали тунельні діоди з Ge, GaAs, а також з GaSb. Ці діоди знаходять широке застосування в якості генераторів і високочастотних перемикачів, вони працюють на частотах, у багато разів перевищують частоти роботи тетродов, - до 30. 100 ГГц.