Föreläsning 6: Opto-komponenter



Relevanta dokument
Föreläsning 6: Opto-komponenter

Föreläsning 13: Opto- komponenter

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Laboration: Optokomponenter

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Varför Komponentfysik? Hålltider --- Ellära, Elektriska fält och potentialer

Physics to Go! Part 1. 2:a på Android

Halvledare. Periodiska systemet (åtminstone den del som är viktig för en halvledarfysiker)

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Vad är elektricitet?

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

Laborationer i miljöfysik. Solcellen

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

Introduktion till halvledarteknik

Komponen'ysik Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik. Tel:

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

Tentamen i komponentfysik

Optokomponenter Laborationshandledning

Materialfysik vt Materiens optiska egenskaper. [Callister, etc.]

Föreläsning 8 Bipolära Transistorer I

Miljöfysik vt2009. Mikael Syväjärvi, IFM

Elektronik 2018 EITA35

Formelsamling för komponentfysik

Formelsamling för komponentfysik. eller I = G U = σ A U L Småsignalresistans: R = du di. där: σ = 1 ρ ; = N D + p n 0

10.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

10.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism Materialfysik vt Materiens optiska egenskaper. Det elektromagnetiska spektret

Utredande uppgifter. 2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de tre fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Lösningar Tenta

Vad är elektricitet?

Lablokalerna är i samma korridor som där ni gjorde lab1.

2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de två fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Föredrag av Tor Paulin för kursen seminarier på svenska 2009 LYSDIODER: TEKNOLOGI OCH FRAMTIDSUTSIKTER

4. Allmänt Elektromagnetiska vågor

Ett materials förmåga att leda elektrisk ström beror på två förutsättningar:

Kvantfysik i praktiken lysdioder och laserdioder

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Komponen'ysik Dan Hessman Lektor i fasta tillståndets fysik. Tel:


WORKSHOP: EFFEKTIVITET OCH ENERGIOMVANDLING

Instruktion elektronikkrets till vindkraftverk

Optiska och elektriska egenskaper hos pn- övergången

Q I t. Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23. Eleonora Lorek. Ström. Ström är flöde av laddade partiklar.

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

3.8. Halvledare. [Understanding Physics: ] Den moderna fysikens grunder, Tom Sundius

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

Extra övningsuppgifter

Introduktion till halvledarteknik

Övningsuppgifter i Elektronik

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

Elektronik 2015 ESS010

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

BANDGAP Inledning

LED lamper for UV-lys. Labino AB Magnus Karlsson Teknisk Chef Maj 2011

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

I: Beskriv strömmarna i en npn-transistor i normal mod i de neutrala delarna av transistorn.

1. (a) (1 poäng) Rita i figuren en translationsvektor T som överför mönstret på sig själv.

Laboration: Optokomponenter

Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

Varför förbrukar ersätta glödlampor?

Beskrivande uppgifter: I: Vad skiljer det linjära området och mättnadsområdet i termer av inversionskanal?

BANDGAP Inledning

Beskrivning elektronikkrets NOT vatten

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

Laboration: pn-övergången

Vad skall vi gå igenom under denna period?

TSTE20 Elektronik 01/31/ :24. Nodanalys metod. Nodanalys, exempel. Dagens föreläsning. 0. Förenkla schemat 1. Eliminera ensamma spänningskällor

Elektronik 2017 EITA35

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

8-10 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på nanofenomen runt oss

FlyBot. Copyright Sagitta Pedagog AB

Föreläsning 11 Bipolära Transistorer I. BJT Bipolar JuncDon Transistor. FunkDon bipolär transistor. DC operadon, strömförstärkning

FFY616. Halvledarteknik. Laboration 4 DIODER

Miljöfysik. Föreläsning 6. Solel Solcellsanläggningar Halvledare En pn-övergång I-U karakteristik för solceller

Med ett materials elektriska egenskaper förstår man helt allmänt dess ledningsförmåga, konduktans, och resistans Ohms lag:

Allmänt Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur. l A Allmänt. 8.1.

Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur

Fotoelektriska effekten

Emtithal Majeed, Örbyhus skola, Örbyhus

Tentamen i Fotonik , kl

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Mats Areskoug. Solceller. Sveriges största solcellsanläggning på Ikea i Älmhult.

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Blått ljus, GaN, och varför priset inte kom till Finland Nobelpriset i fysik Kai Nordlund

Laborationer i miljöfysik. Solcellen

Strålningsfält och fotoner. Kapitel 23: Faradays lag

8mm. 15mm. 61 SPOT TRIO-L LED-spot 3x1W 45 för infällnad i möbler, undertak m.m. Pressas fast i ett o 50 mm. 13mm. ø 56mm

Laboration II Elektronik

Transkript:

Föreläsning 6: Opto-komponenter Opto-komponent Interaktion ljus - halvledare Fotoledare Fotodiod / Solcell Lysdiod Halvledarlaser 1

Komponentfysik - Kursöversikt Bipolära Transistorer pn-övergång: kapacitanser Optokomponenter pn-övergång: strömmar Minnen: Flash, DRAM MOSFET: strömmar MOSFET: laddningar pn-övergång: Inbyggd spänning och rymdladdningsområde Dopning: n-och p-typ material Laddningsbärare: Elektroner, hål och ferminivåer Halvledarfysik: bandstruktur och bandgap Ellära: elektriska fält, potentialer och strömmar 2

Opto-komponenter En opto-komponent Omvandlar ljus till en elektrisk signal eller Omvandlar en elektrisk signal till ljus Hur interagerar en foton med en halvledare? Hur kan ett elektron-hål par generera fotoner? 3

Opto-komponenter Insignal Drivkrets Sändare Laserdiod Optisk fiber Fotodiod Förstärkare Signalformare Utsignal Mottagare Insignal Utsignal 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2011 4

Transparenta material? Kisel (Si) wafer Germanium (Ge) lins Diamant Fönsterglas SiO 2 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2012 5

Absorbation av fotoner Ljus fotoner med en våglängd l E fot hc l E fot ( ev ) 1240 l( nm) l=1.1 µm - IR l=1.9 µm 3.1 ev 1.8 ev 1.12 ev 0.67 ev E fot > E g E fot = E g E fot < E g E c E v 6

Fotoledare - Fotomotstånd E C E fot > E g E V I 7 U

2 minuters övning - fotomotstånd En bra fotoledare ska ha stor skillnad mellan R ljus och R mörker. Ska halvledarens dopning vara hög eller låg? Ska halvledaren vara tunn eller tjock? 8

Fotoledare enkel ljuskänslig resistor + Enkel och billig + Fungerar i båda riktningarna - Relativt långsam dn - Kräver biasering t 10+ ms för Si Tid (s) 9

Fotodiod pn övergång e P + W n RLO E Fp N A -ev a E Fn I t 10 W n

Fotodiod + Snabb! + Inbyggda e-fältet separerar elektroner/hål + Känslig - mer komplicerad än ett motstånd di 20 ps Stig/falltider på ps skala Hur snabbt elektroner / hål kommer ut ur RLO Tid (s) 11

Färgkänsliga fotodioder normal Si diod + bandpassfilter! Transmission Billiga bandpassfilter släpper igenom Infrarött ljus Våglängd l, (nm) 12

Solcell ingen yttre pålaggd spänning e P + W n RLO N A E Fn 13 W n A

Fotodiod / Solcell Bara fotoner som absorberas i RLO ger upphov till en ström! P+ E fot > E g RLO N Bara fotoner med E fot > E g ger upphov till en ström! 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2012 14

Fotodiod / Solcell En pn-övergång kan omvandla ljus till elektrisk energi Det inbyggda fältet separerar genererade laddningar P+ Laddningar utanför RLO rekombinerar, ger ingen ström Tjock RLO (d n +d p ) stor volym för absorbation Lågdopat material på ena sidan (ex p + n) Tunt p+ området på toppen liten förlust av fotoner Bara fotoner med E fot > E g kan absorberas! RLO N 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2012 15

Solcell 0.3 I fot 0.2 R L Fotoströmmen genererar elektrisk effekt Current (ma) 0.1 0-0.1 Omvandlar ljusenergi till elektrisk energi I fot direkt proportionell mot ljusintensiteten Framtida storskalig energipriduktion? -0.2-0.3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Voltage (V) Verkningsgrad: P P 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2012 16 fot el

Solceller - Verkningsgrader III-V 40+ % Kisel/ Tunnfilm 28% 17

Varför har en Si-solscell max 28% effektivitet? E fot > E g E fot < E g 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2011 18

Multi-junction solcell 44% verkningsgrad Minskande E fot E fot > E g E fot > E g E fot > E g E fot > E g E fot > E g GaInP InGaAs Ge Hög verkningsgrad men komplicerat (och dyrt!) E fot > E g 19

Lysdioder Light Emitting Diode (LED) Omvandlar elektrisk energi till ljusenergi Belysning Enkla optiska sändare Olika färger / våglängder möjliga 20

Rekombination - ljus E C Om n p > n i Extra elektroner/hål kan rekombinera med varandra Material med få defekter och direkt bandgap: Energin omvandlas till ljus E fot = E g Våglängden sätts av bandgapet! E V Kisel har inte ett direkt bandgap rekombination värmer upp materialet istället 21

Lysdioder Light Emitting Diode Framspänd pn-övergång Mycket laddningar i utarmningsområdet Rekombination n,p >> n i E Fn ev a U a E fot hc l E fot ( ev ) 1240 l( nm) -d n d p l 1240 E g ( ev ) 2013-04-15 Föreläsning 6, Komponentfysik 2012 22

Bandgap [ev] Lysdioder Våglängder och Färger 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 Vanliga lysdioder: Atomavstånd [Å] Vit Blå Grön Orange Röd IR Si inget ljus! AlGaN (+YAG) GaN GaInN GaInAlP GaAsP AlGaAs GaAs E g =3.1 ev E g =1.6 ev 2013-04-15 Föreläsning 5, Komponentfysik 2011 23

Lysdioder Våglängder och Färger LED för inhusbelysning! 7W LED = 60W Glödlampa 240:- 189:- 144:- 50% verkningsgrad Lång livstid Inget kvicksilver 2013-04-15 Föreläsning 5, Komponentfysik 2013 24

Ben Ben Vanlig lysdiod Ökande drivspänning Diod Reflektor 2013-04-15 1mm Föreläsning 5, Komponentfysik 2013 25

Halvledarlaser Laser populationsinversion: np>>n i E Fn Stimulerad emission en inkommande foton får en elektron att rekombinera skapar en kopia av sig själv P N E Fp -d n d p Semi-transparanta speglar 2013-04-15 Föreläsning 5, Komponentfysik 2013 26

Sammanfattning l: ljusvåglängd (nm) F: fotonflöde (m -2 ) a: absorbationskoefficient (m -1 ) E fot : Fotonenergi (ev) 2013-04-15 Föreläsning 5, Komponentfysik 2013 27