Зависимость напряжения от времени спада и нарастания оптических сигналов

August 19, 2011 by admin Комментировать »

На рис. 24.2 показаны экспериментально полученные переходные характеристики светодиодов, используемые для определения времени спада и нарастания их выходного излучения (Schubertetal., 1996). Как показано, времена спада и нарастания измеряются между уровнями 10% и 90% от установившегося значения выходного оптического сигнала. Интенсивность оптического сигнала определяли по фототоку полупроводникового фотодетектора. При проведении таких измерений необходимо использовать генераторы импульсов и фотодиоды, значительно более быстродействующие, чем светодиод. В измеренные времена спада и нарастания входят постоянные времени генератора импульсов, светодиода, детектора, усилителя фототока и осциллографа. Поскольку светодиод обладает самой большой постоянной времени, ему и соответствуют измеренные значения времени спада и нарастания. Показаны верхние пределы реальных значений постоянных времени светодиодов.

Из рис. 24.2 видно, что время нарастания сигнала намного больше времени спада. По теоретической модели, описанной выше, такой разницы быть не должно.

Рис. 24.2. Измерение времени нарастания (а) и спада (б) выходного оптического сигнала светодиодов резонаторного типа. Используемый для измерений фотодетектор обладает лучшими динамическими характеристиками по сравнению со светодиодом, поэтому можно считать, что приведенные значения соответствуют постоянным времени светодиода

 

Для выяснения причин возникновения разницы между временем спада и нарастания сигнала светодиода были измерены зависимости этих параметров от напряжения на диоде. Во включенном состоянии напряжение светодиода составляло 1,4 В. Но как только напряжение становилось немного ниже напряжения «включения», р-п-переход диода переставал излучать свет, поэтому напряжению «выключения» диода меняется в некотором диапазоне значений.

На рис. 24.2 показаны полученные экспериментальные зависимости. При постоянном значении напряжения включения (1,4 В) напряжение выключения изменялось в диапазоне 0-1,0 В. Заметна сильная зависимость времени спада от напряжения, которая объясняется уходом носителей из активной области. В отличие от времени спада время нарастания выходного сигнала светодиода практически не зависит от напряжения.

 

24.5. Уход носителей из активной области

Зависимость напряжения спада оптического выходного сигнала светодиода от напряжения (рис. 24.3) может быть объяснена уходом носителей из активной области, определяемым величиной перепада напряжений. На рис. 24.4 показаны зонные диаграммы активной области для выключенного светодиода при большом (а) и малом (б) перепадах напряжений между включенным и выключенным состояниями светодиода. В случае малых перепадов напряжений практически все носители, пока не рекомбинируют, остаются в активной области. В результате время спада интенсивности выходного излучения светодиода в основном определяется временем жизни носителей при спонтанной рекомбинации.

 

Рис. 24.3. Зависимость времени спада и нарастания выходного сигнала светодиода от перепада напряжений. Время спада сигнала светодиода снижается при увеличении перепада напряжений, что связано с уходом носителей из активной

области

Рис. 24.4. Иллюстрация двух механизмов, отвечающих за время спада излучения светодиода: а — снижение напряжения смещения светодиода до нуля ведет к уходу носителей из активной области; время такого ухода может быть очень коротким, намного меньшим 1 не; б — при меньшей амплитуде управляющего напряжения (напряжения модуляции) носители остаются в активной области и интенсивность выходного излучения светодиода определяется временем жизни носителей при спонтанной рекомбинации

 

 

При больших перепадах напряжений наблюдается другая ситуация. В момент спада напряжения до нуля из-за сильного электрического поля в области пространственного заряда р-п-перехода зонная диаграмма имеет довольно сильный наклон, что приводит к уходу свободных носителей из активной области в сторону нейтральных барьерных слоев р- и п-типа. Время такого ухода может быть намного короче времени жизни спонтанного излучения. Поэтому в этом случае время спада выходного излучения светодиода будет определяться не временем жизни носителей при спонтанной рекомбинации, а временем их ухода из активной области. На основе значений электрического поля и подвижности носителей можно оценить время ухода носителей из активной области, которое, как правило, лежит в пикосекундном диапазоне.

Упражнение. Определение времени ухода носителей из активной области.

Требуется – рассчитать время ухода носителей из активной области для типичных значений электрического поля в области пространственного заряда р-п-перехода и скоростей зарядов при толщине активного слоя 0,1-1 мкм.

Решение

Время ухода носителей из активной области может быть очень коротким. Для диодов с типичными параметрами это время лежит в диапазоне 1-100 пс, что намного меньше времени жизни носителей при спонтанной рекомбинации.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты