Laboratoare optoelectronică

DISPOZITIVE OPTOELECTRONICE

1. Scopul lucrarii

În lucrare se determina caracteristicile curent tensiune pentru urmatoarele tipuri de dispozitive optoelectronice:

- dioda electroluminescenta cu GaAsP, de tip ROL-02;

- doua tipuri de fotodetectoare cu Si, de tip ROL-021 si ROL-031.

2. Breviar teoretic

Functionarea dispozitivelor optoelectronice cu semiconductoare se bazeaza pe urmatoarele fenomene fizice:

- conversia energiei electrice în energie electromagnetica, ca urmare a recombinarii radiative a purtatorilor mobili de sarcina, fenomen întâlnit la diodele electroluminescente (LED-uri);

- conversia energiei electromagnetice în energie electrica, ca urmare a proceselor specifice de interactiune dintre radiatie si materie, fenomen întâlnit la fotodetectoare (fotoelemente, fotodiode, fototranzistoare s.a.).

Dioda electroluminescenta (fig.1.a) reprezinta o jonctiune semiconductoare pn, care, polarizata din exterior în conductie directa (fig.1.b), emite lumina ca urmare a doua procese fizice, generarea de purtatori de sarcina, urmata de recombinarea radiativa a acestora, direct sau prin intermediul impuritatilor de dopare (proces înlesnit chiar de particularitatile tehnologice ale jonctiunii pn utilizate). Pentru a se obtine o radiatie în spectrul vizibil se aleg materiale semiconductoare cu banda interzisa suficient de mare. LED-ul ce se studiaza este realizat pe baza de GaAsP, având latimea benzii interzise EG=1,81 eV; lumina emisa de acest LED are lungimea de unda cuprinsa în domeniul 650-690 nm.

Figura 1

Fotodetectoarele care se vor studia în lucrarea de fata, sunt bazate tot pe jonctiuni semiconductoare. De exemplu, se vor utiliza fotodetectoare de tip ROL-021, în regim de fotoelement (FE), respectiv în regim de fotodioda (FD), precum si ROL-031 în regim de fototranzistor (FT).

Pentru functionarea în regim de fotoelement (FE – figura 2.a.), fotodetectorul ROL-021 nu trebuie sa fie polarizat în c.c. Daca la bornele fotoelementului se conecteaza o rezistenta de sarcina 1

RL, când acesta este excitat din exterior cu un flux luminos ¦V [lm], ce corespunde unei iluminari EV [lx], se obtine un curent iD < 0 si respectiv, o tensiune la borne:

vD = - Rl iD > 0 , (1)

asa cum se arata în figura 2.b. La diferite nivele de iluminare, EV, se obtine o familie de caracteristici în cadranul IV (fig.2.b) iD = f(vD).

Figura.2

Pentru a opera în regim de fotodioda (FD – fig.3.a) fotodetectorul ROL-021 trebuie sa fie polarizat invers, de la o sursa exterioara de tensiune continua EFD. În absenta oricarei excitatii electromagnetice, prin jonctiunea pn (polarizata invers) a fotodetectorului respectiv trece curentul

În prezenta unei excitatii electromagnetice, curentul iD devine:

iD = -I0 - i¦ , (3)

unde marimea i¦ este cunoscuta sub denumirea de fotocurent. La diferite nivele de iluminare, EV, se obtine o familie de caracteristici în cadranul III (fig.3.b)