Thông tin quang / C3_1_ Nguồn quang pot

Các vấn đề cơ bản của Vật lý Bán dẫn Các dải năng lượng Vật liệu nguyên chất & Vật liệu ngoại lai Các tiếp giáp pn 2... 3 09/2009GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Thiết bị phát quang có chức năng biế

1 (09/2009)

CHƯƠNG 3

NGUỒN QUANG

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

1 Các vấn đề cơ bản của Vật lý Bán dẫn

Các dải năng lượng Vật liệu nguyên chất & Vật liệu ngoại lai Các tiếp giáp pn

2 Light-Emitting Diodes

3 Laser Diodes

3 (09/2009)

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Thiết bị phát quang có chức năng biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và phát tín hiệu quang vào sợi quang để thực hiện truyền dẫn thông tin.

Thành phần chủ yếu là nguồn phát quang, có 2 loại:

Điốt phát quang LED

Light-emitting diode

Điốt laze bán dẫn LD

Laser Diode

CÁC DẢI NĂNG LƯỢNG

Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử Các mức năng lượng tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân.

Electron bên ngoài có mức năng lượng cao hơn electron ở phía trong.

Khi có tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron có thể nhảy tử mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại

Theo giả thuyết của Albert Einstein , các quá trình này có thể sinh ra

hay hấp thụ các tia sáng Æ Bước sóng của tia sáng phụ thuộc vào sự

chênh lệch năng lượng giữa các mức.

5 (09/2009)

Khái niệm cơ bản 1

7 (09/2009)

QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

g

E

h =

= ν ε

E 1 = E V = năng lượng vùng hóa trị

E 2 = E C = năng lượng vùng dẫn

E g = E C – E V = năng lượng dải trống Quá trình hấp thụ: khi ánh sáng tới có năng lượng photon

→ photon sẽ bị nguyên tử hấp thụ, nguyên tử nhảy từ E 1 lên E 2 và được coi đang ở trạng thái kích thích.

ν

h

) ( 10 626 ,

6 34 J s h

h

−

=

= ν

ε

QUÁ TRÌNH PHÁT XẠ

Các nguyên tử ở mức E 2 thường có xu hướng quay về mức E 1 , và phát ra photon Quá trình phát xạ tự phát:

Photon phát ra có hướng ngẫu nhiên

và không có quan hệ về pha giữa chúng

Quá trình phát xạ kích thích:

Khi có photon đập vào nguyên tử ở trạng thái kích thích → phát ra photon

có cùng tần số và pha theo các photon tín hiệu ánh sáng tới.

ν

h

ν

h

ν

h

9 (09/2009)

9

CHẤT BÁN DẪN

Chất bán dẫn (Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện (Conductor) và chất cách điện (Insulator)

Các chất bán dẫn thông thường là silíc (Si), germani (Ge) (nhóm 4).

11 (09/2009)

BIỂU ĐỒ DẢI NĂNG LƯỢNG CỦA TINH THỂ THUẦN

CHẤT BÁN DẪN LOẠI “n” VÀ “p”

Tăng tính dẫn điện của vật liệu bán dẫn bằng cách pha thêm tạp chất: Khi pha thêm các nguyên tố nhóm 5 (P, As, Sb,…) → electron tự

do trong vùng dẫn gia tăng → gọi là bán dẫn tạp chất loại donor

hay bán dẫn loại n

Khi pha thêm các nguyên tố nhóm 3 (Ga, Al, In,…) → lỗ trống trong vùng hóa trị gia tăng → gọi là bán dẫn tạp chất loại acceptor

hay bán dẫn loại p.

P – Phosphorus As – Arsenic Sb – Antimony

Ga – Gallium Al – Aluminium In - Indium

13 (09/2009)

CHẤT BÁN DẪN LOẠI “n”

CHẤT BÁN DẪN LOẠI “p”

15 (09/2009)

VẬT LIỆU NGUYÊN CHẤT – VẬT LIỆU NGOẠI LAI

Vật liệu nguyên chất: không chứa tạp chất

Vật liệu ngoại lai: có chứa tạp chất

Sau khi quá trình phát nhiệt hay quá trình tái kết hợp xảy ra, ở trạng thái

cân bằng nhiệt, 2 dạng vật liệu trên luôn có:

Vật liệu (bán dẫn) ngoại lai có hai loại hạt mang điện:

Hạt mang đa số: các e trong bd loại n, các lỗ trống trong bd loại p Hạt mang thiểu số: các lỗ trống trong bd loại n, các e trong bd loại p

Hoạt động của các thiết bị bán dẫn chủ yếu dựa trên sự bơm và trích

của các hạt mang thiểu số

2

i

n

pn =

TIẾP GIÁP PN

17 (09/2009)

TRẠNG THÁI PHÂN CỰC NGƯỢC

TRẠNG THÁI PHÂN CỰC THUẬN