современные полупроводники. Современные полупроводниковые светоизлучающие диоды характеризую. Светоизлучающий диод
 Скачать 21.7 Kb.
|
|
Светоизлучающий диод - полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции. Современные полупроводниковые светоизлучающие диоды характеризуются высокими техническими характеристиками: высокой яркостью и высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую (до единиц люмен на ватт); надежностью и большим сроком службы (до сотен тысяч часов). Вследствие этого они имеют обширные и многообразные области применения. Арсенидгаллиевые светоизлучающие диоды (СИД), являются основой для изготовления устройств, эксплуатируемых в условиях космического пространства, в верхних слоях атмосферы и на ядерных энергетических установках. И как известно, при этом они подвергаются действию различных радиационных полей, что выдвигает определенные требования по обеспечению их радиационной стойкости Целью моей дипломной работы является: Изучить деградацию светоизлучающих диодов на основе GaAs при воздействии ИЛИ с длиной волны ве окна прозрачности (0,308 мкм). Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи: исследовать действия лазерного излучения с длиной волны в окне прозрачности используемого полупроводникового материала; исследовать действия лазерного излучения с длиной волны вне окна прозрачности используемого полупроводникового материала. В качестве объектов исследования использовались светоизлучающие диоды, изготовленные на основе эпитаксиальных слоев GaAs Основная часть Исследование действия лазерного излучения с длиной волны в окне прозрачности 5 СЛАЙД При воздействии импульсного лазерного излучения с длиной волны в окне прозрачности на светоизлучающих диодов можно выделить две характерных направления воздействия: параллельно оси диода со стороны оптической линзы для вывода излучения и перпендикулярно оси диода. В данной работе использовались два режима электропитания СИД: первый режим – активный, при этом через диод пропускается прямой постоянный рабочий ток 100 мА (потребляемая непрерывная мощность в этом случае составляет (0,13 – 0,16) Вт); второй режим – пассивный, при этом внешние контакты СИД замкнуты, прямой ток отсутствует. 6 СЛАЙД При проведении исследований использовались одиночные импульсы ИЛИ, Одиночный импульс ИЛИ характеризовали плотностью мощности ИЛИ WP. В результате исследований выявлено три характерных плотности мощности ИЛИ для каждой длительности и выбранных направлений, которые показаны на рисунке 3.1.2 стрелками и отмечены цифрами 1, 2 и 3, соответственно. Полученные результаты суммированы в таблице 1Ё(слайд 6) Слайд 7 Если WP ≤ WPпор1, деградация мощности излучения СИД в результате однократного действия ИЛИ отсутствует. Но при этом воздействие нескольких последовательных импульсов ИЛИ с плотностью мощности незначительно меньше WPпор1 приводит к деградации мощности излучения, при этом СИД в пассивном режиме имеют более высокую стойкость. Слайд 8 Исследование работы данных СИД при различных температурах показали, что деградация омического контакта наблюдается при температуре Т ≈ 110 0С. Эти результаты позволяют оценить температуру при WP = WPпор1. При WP ≥ WPпор2 наблюдается катастрофический отказ СИД вследствие проплавления омического контакта. В данном случае наложение прямого напряжения приводит к короткому замыканию и спаду мощности излучения до 0. Следует отметить, что температура плавления омического контакта составляет 325 0С. Таким образом, полученные результаты позволяют построить изменение температуры границы металл – полупроводник в зависимости от плотности мощности ИЛИ при различных длительностях воздействующего импульса. На рисунке 3.1.2 показана полученная зависимость для ИЛИ (|). Изменение характера зависимости при длительности ИЛИ 1 мс возможно обусловлено отводом тепла от границы металл – полупроводник. Слайд 9 Воздействие импульсного лазерного излучения (0,308 мкм) осуществлялось на GaAs - подложку диодов, при этом площадь пучка лазерного излучения существенно превышала площадь подложки. Это позволяет в данном случае исключить из рассмотрения краевые эффекты, возникающие на границе «горячий» GaAs в зоне действия излучения – «холодный» GaAs вне зоны действия излучения. На слайде 9 мы видим Деградация мощности излучения СИД в зависимости от количества импульсов ИЛИ (0,308 мкм) с различной плотностью мощности: Слайд 10 Воздействие ИЛИ в области 1 приводит к разложению GaAs, которое сопровождается уходом мышьяка в окружающую атмосферу. При этом формируется приповерхностный нестехиометрический слой модифицирован- ного GaAs, который содержит большое количество мышьяка и галлия в подрешетке мышьяка. Слайд 11 Указанные выше дефекты, являются центрами безизлучательной рекомбинации для собственного излучения активной области СИД. Введение этих центров безизлучательной рекомби-нации в приповерхностном слое приводит к деградации мощности излучения диода. Слайд 12 На графике мы видим Изменение наклона кривых деградации мощности излучения СИД 3Л107 в области 1 от плотности мощности ИЛИ (0,308 мкм); Слайд 13 Эти результаты позволяют определить величину пороговой плотности мощности лазерного излучения равную 1·107 Вт/см2. При плотности мощности меньше порогового значения разрушения поверхности GaAs не происходит даже при многократным воздействии ИЛИ (0,308 мкм). Слайд 14 ( Можно 9 слайд) Дальнейшее увеличение плотности мощности ИЛИ, количества воздействующих импульсов приводит к другому механизму деградации поверхности GaAs (область 2). В этой области работает один и тот же, то есть второй механизм деградации при различных плотностях мощности ИЛИ. Начало проявления второго механизма деградации определялось как точка пересечения пунктирной линии на рисунке 3.2.1 с соответствующими деградационными зависимостями области 1. Таким образом определялся уровень деградации мощности излучения СИД и количество воздействующих импульсов, значения которых и использовались для нормирования результатов, полученных при большем количестве воздействующих импульсов. Слайд 15 На грфике показаны Зависимость нормированного изменения мощности излучения СИД 3Л107 от нормирован-ного количества воздействующих импульсов для различных значений плотности мощности ИЛИ (0,308 мкм) В данном случае нормирование производилось на значения уровня деградации мощности излучения диодов и количество воздействующих импульсов лазерного излучения, начиная с которых работает второй механизм деградации. Исследования показали, что вблизи границы начала проявления данного механизма деградации наблюдается появление галлия в отдельной фазе в виде капель. Дальнейшее повышение плотности приводит к росту размера капель. Появление отдельной металлической фазы галлия приводит к отражению излучаемого диодом света на металлических включениях, что соответственно приводит к деградации мощности излучения СИД Дальнейшее повышение плотности мощности ИЛИ и количества воздействующих импульсов приводит к тому, что галлий образует отдельную металлическую фазу (область 2). Однократное воздействие ИЛИ с плотностью мощности WP, гр =2,7*1011 Вт/см2 также приводит к формированию отдельной фазы галлия на поверхности GaAs. ЗАКЛЮЧНИЕ В результате проведенных исследований установлено что При воздействии излучении с длиной волны вне окна прозрачности деградация параметров приборов обусловлена термическим разложением GaAs с уходом мышьяка в окружающую атмосферу и обогащением тонкого приповерхностного слоя галлием, который при достижении определенной концентрации формирует отдельную металлическую фазу, толщина нарушенного слоя слабо зависит от плотности энергии лазерного излучения. Установлены пороговые значения плотности мощности лазерного излучения, при которых отсутствует деградация диодов, наблюдается деградация диодов, наблюдается полное проплавление контакта металл-полупроводник и происходит механическое разрушение диодов. Представлены оценки температуры границы металл – полупроводник при пороговых значениях плотности мощности лазерного излучения. Установлено, что режим питания диода не влияет на установлен-ные пороговые плотности мощности при данных длительностях лазерного излучения. ВФХ – вольт-фарадная характеристика ИАГ – имплантированный GaAs ИЛИ – импульс лазерного излучения ИК диод – инфракрасный диод НТ – наведенный ток ЛИ - лазерное излучение ОК – омический контакт ПП - полупроводниковый прибор СИД- светоизлучающий диод ЭСАГ – эпитаксиальная структура GaAs |