Оптоэлектроника и интегральная оптика: Рабочая программа и контрольные задания по курсу

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И

В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУД А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

Ф изический ф акультет

К а ф едр а ф и зи к и т в ер дого т ела

Р абоч ая п рограм м а и конт рольны е зад ани я п окурсу

« О птоэл ек тр он ик а и ин тегр ал ьн ая оптик а»

для студентов4-г о курса ф изическог о ф акультета, спец иальности014100 « М икроэлектроника иполупроводниковы е приб оры »

С ост а в и т ель доцен т к а ф едр ы ф и зи к и т в ер дого т ела А.Н.Лук и н

В оронеж 2002

2

1. П р едисл ов ие О птоэ лектроника, илиоптическая э лектроника, – одно изсам ы х актуальны х направлений соврем енной ф ункц иональной э лектроники. О птоэ лектронны е приб оры , устройства исистем ы характеризую тся уникальной ф ункц иональной ш иротой иэ ф ф ективно использую тся в инф орм ац ионны х систем ах новог о типа для г енерац ии, преоб разования, передачи, храненияиотоб раж енияинф орм ац ии. Значениеоптоэ лектроникив соврем енном научно-техническом прог рессе трудно переоц енить, особ енно в сф ере ком пью терны х технолог ий. Н е случайно Н об елевская прем ия 2001 г ода присуж дена г руппе учены х, средикоторы х вы даю щ ийся российский исследователь, академ ик Ж .И .А лф еров, им енно за достиж ения вэ той об ласти. Соврем енная оптоэ лектроника опирается на достиж ения ряда об ластей наукии техники, средикоторы х, преж девсег о, долж ны б ы тьвы делены ф изика твердог о тела, оптика им икроэ лектроника. В своем развитииоптоэ лектроника, с одной стороны , дополняет соврем енную э лектронику, с друг ой - приоб ретает все б ольш ее сам остоятельное значение, вы тесняя изэ лем ентной б азы соврем енной э лектроникитрадиц ионны е э лектронны е приб оры иустройства. В оптоэ лектронике м ног о различны х направлений, что не позволяет в рам ках данног о курса дать их полное описание. П оэ том у основное вним ание уделяется ф изическим принц ипам раб оты итехнолог ическим аспектам разраб откиисоздания основны х оптоэ лектронны х устройств. Э то источники излучения – полупроводниковы е светодиоды илазеры , прием никиизлучения, использую щ ие всвоей раб оте внутренний ф отоэ ф ф ект – ф отодиоды иф оторезисторы , преоб разователиоптическог о излучения вэ лектрическую э нерг ию исистем ам связи(В О Л С). К урс оптоэ лектроникииинтег ральной оптикиизучается студентам идневног о отделения ф изическог о ф акультета спец иальности014100 « М икроэ лектроника иполупроводниковы е приб оры » в течение восьм ог о сем естра. О снову курса составляю т лекц ии, лаб ораторны ераб оты (ф изпрактикум ) исам остоятельная раб ота – контрольны е задания, которы е вы полняю тся студентам иво внеучеб ное врем я. П о окончании учеб ног о сем естра студенты сдаю т зачет по лаб ораторны м раб отам иэ кзам ен по лекц ионном у курсу.

2. Ц ел и и задачи дисципл ин ы и ее местов учебн о м пр оцессе 2.1. Ц елью преподавания дисц иплины является ф орм ирование у студентов ком плекса знаний, ум ений инавы ков, необ ходим ы х приреш ениитеоретических ипрактических задач, возникаю щ их в научно-практическом направлении, сф орм ировавш ем ся на сты ке трех наук - ф изикитвердог о тела, оптикиим икроэлектроники. 2.2.

О сновной задачей дисц иплины является усвоение основны х принц ипов ф изических явлений и законом ерностей, полож енны х в основу раб оты различны х

3

приб оров иустройств оптоэлектроникииинтег ральной оптики, ознаком ление с их конструкц иям и, технолог ией изг отовления иоб ластям иприм енения. В результате изучения дисц иплины студенты долж ны знать ф изические принц ипы раб оты приб оров иустройств оптоэлектроникииинтег ральной оптики, ум еть реш ать практические задачи, связанны е с проектированием иразраб откой систем оптоэлектроникииинтег ральной оптики, им етьпредставление об основны х тенденц иях дальнейш ег о развития оптоэлектроникииинтег ральной оптики. П еречень дисц иплин, усвоение которы х необ ходим о приизучениикурса “О птоэлектроника иинтег ральная оптика”. 2.3.1. К вантовая м еханика (квантовая теория излучения). 2.3.2. Статистическая ф изика (квантовая статистика). 2.3.3. Ф изика твердог о тела (оптические свойства твердог о тела). 2.3.4. Ф изика полупроводников (теория э лектронно-ды рочног о перехода, контакта м еталл-полупроводник, г етероперехода). 2.3.5. Т ехнолог ия полупроводниковы х приб оров(технолог ия интег ральны х схем ). 2.3.6. Т еоретические основы э лектрорадиотехники(основны е м етоды об ра- б отки, передачииприем а инф орм ац ии). 2.3.

3. 3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

Содер жан ие к ур са « О птоэл ек тр он ик а и ин тегр ал ьн ая оптик а» о определение. Ф изические основы оптоэ лектроВ ведение. П редм ет курса, ег никииинтег ральной оптики. Т вердотельная оптоэ лектроника иинтег ральная оптика – как разновидностьф ункц иональной м икроэ лектроники. Структурны е э лем енты оптоэ лектроникииинтег ральной оптики. Д еление оптоэ лектроники на ког ерентную инеког ерентную . Ф изические основы раб оты оптоэ лектронны х источников излучения. Э м иссия излучения из полупроводников. В иды излучательной реком б инац ии в полупроводниках. Т еория В ан Русб река - Ш окли. К вантовы й вы ход излучательной реком б инац ии. Соб ственная излучательная реком б инац ия. И злучательная реком б инац ия своб одны х исвязанны х э кситонов. И злучательная реком б инац ия своб одны х носителей на связанны х состояниях. М еж прим есная излучательная реком б инац ия. В нутриц ентровы е ивнутризонны е переходы . Безизлучательная реком б инац ия. П олупроводниковы е светодиоды илазеры . И злучательны е проц ессы в г ом о- и г етеро- э лектронно-ды рочны х переходах. И нж екц ия неосновны х носителей черезг ом о- иг етеро- э лектронно-ды рочны й переход. К онструкц ия итехнолог ия изг отовления светодиодов. Т ехнические парам етры светодиодов. П риб оры для визуальног о отоб раж ения инф орм ац ии. Связь м еж ду спонтанны м и вы нуж денны м излучением . У словия возникновения лазерног о излучения. И нж екц ионны е лазеры на г ом о- иг етеро- э лектронно-ды рочны х переходах. Л азеры с оптическим иэ лектронны м возб уж дением . П рием никиизлучения. Ф отоэ лектрические явления. Ф отопроводим ость. Ф отовольтаические явления. П олупроводниковы е ф отоприем ники. О сновны е пара-

4

3.5.

3.6.

3.7.

3.8.

м етры ф отоприем ников. Ф оторезисторы . Ф отодиоды . В ентильны й иф отодиодны й реж им ы раб оты ф отодиода. Солнечны е э лем енты . П олупроводниковы е прием никилазерног о излучения. Э лем ентная б аза и устройства оптоэ лектроники иинтег ральной оптики. О птроны как структурны е э лем енты лог ических схем . О птрон с полож ительной об ратной связью . О птроны с э лектрооптической связью . К лю чевы е иразвязы ваю щ ие оптроны . О птоэ лектронны е преоб разователипостоянног о напряж ения в перем енное. О птрон в реж им е аналог овог о преоб разователя. П реоб разователиоптических сиг налов. И спользование оптических явлений в запом инаю щ их устройствах. Систем ы передачиинф орм ац ии. П рим енение волоконной оптикив оптоэ лектроникеиинтег ральной оптике. П ередача света по волоконно-оптическим световодам . О сновны е характеристикиволоконно-оптических световодов. И зг отовление волоконно-оптических световодов. П отериизлучения в волоконнооптических линиях связи. О птические каб ели. В вод излучения в волоконнооптические линиисвязи. О птические разъ ем ы . отовления тонкопленочны х И нтег рально-оптические волноводы . М етоды изг волноводов. Т онкопленочны е покры тия. Э питаксиальное наращ ивание. В олноводы на основе э лектроптическог о э ф ф екта. ральной Заклю чение. О сновны е тенденц иивразвитииоптоэ лектроникииинтег оптики. И нтег рально-оптические м икросхем ы иих прим енение.

4. Кон тр ол ьн ые задан ия по к ур су « О птоэл ек тр он ик а и ин тегр ал ьн ая оптик а» 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

Ф изические принц ипы раб оты светоизлучаю щ ег о диода (СИ Д ). Ф изические принц ипы раб оты (СИ Д ) на г етеропереходе.. Ф изические принц ипы раб оты Д ГС –лазера. Ф изические принц ипы раб оты p-i-n ф отодиода. Ф изические основы раб оты ф отодиодног о оптрона.

5. Кон тр ол ьн ые в опр осы пок ур су « О птоэл ек тр он ик а и ин тегр ал ьн ая оптик а» 1. Ч то такое ф ункц иональная э лектроника? П риведите прим еры устройств ф ункц иональной э лектроники. 2. Ч то такое твердотельная оптоэ лектроника? К акие диапазоны длин волн э лектром аг нитног о излучения рассм атриваю тся воптоэ лектронике? 3. Ч то такое оптоэ лектронны й приб ор? П риведите прим ер. 4. Ч то такое лю м инесц енц ия? П еречислите виды лю м инесц енц ии. 5. Ч то такое э лектролю м инесц енц ия? П еречислите виды э лектролю м инесц енц ии. 6. И зоб разите г раф икиэ нерг етической зависим остиэ лектронной плотности, распределения Ф ерм ииплотностисостояний для полупроводника в равновесном состоянии.

5

7. И зоб разите г раф ики э нерг етической зависим ости э лектронной плотности для полупроводника внеравновесном состоянии. 8. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у известны х В ам видов излучательной реком б инац ии. 9. П еречислите исходны е полож ения теорииВ ан Русб река – Ш окли. 10. К акую универсальную взаим освязь устанавливает уравнение В ан Русб река - Ш окли? 11. Ч то такое излучательное врем я ж изни? 12. Ч то такое внутренний квантовы й вы ход лю м инесц енц ии? 13. Ч то такое внеш ний квантовы й вы ход лю м инесц енц ии ? 14. К акие полупроводниковы е м атериалы назы ваю тся прям озонны м иикакие непрям озонны м и? 15. П очем у вероятностьпрям ы х переходоввы ш е, чем непрям ы х ? 16. О пиш ите м еханизм ы оптическог о пог лощ ения илю м инесц енц иис участием своб одны х э кситонов. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у э кситонны х уровней. 17. О пиш ите проц есс лю м инесц енц иис участием связанны х э кситонов. 18. О пиш ите проц есс излучательной реком б инац ии своб одны х носителей на связанны х состояниях. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у. 19. О пиш ите проц есс м еж прим есной излучательной реком б инац ии. Д айте об ъ яснения особ енностям спектра. 20. О пиш ите проц ессы излучательной реком б инац ии с участием внутриц ентровы х ивнутризонны х переходов. 21. О пиш ите известны е В ам виды б езизлучательной реком б инац ии. 22. О пиш ите проц ессы О ж е реком б инац ии. 23. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у э лектронно-ды рочног о перехода с сильно лег ированны м иоб ластям иб ез см ещ ения иприпрям ом см ещ ении, соответствую щ ем м аксим ум у туннельног о тока. 24. И зоб разите вольтам перную характеристику э лектронно-ды рочног о перехода с сильно лег ированны м иp иn об ластям иидайте к ней пояснения. 25. Ч то такое коэ ф ф иц иент инж екц ииэ лектронно-ды рочног о перехода? 26. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у г етеро- р-n перехода при Е g nоб ластиб ольш ей, чем Е g р-об ластив равновесном состояниииприпрям ом см ещ ении, соответствую щ ем м аксим ум у тока инж екц ии. 27. П еречислите преим ущ ества г етеро- р-n перехода. 28. Ч то такое светодиод ? И зоб разите основны е светодиодны е структуры и дайте к ним пояснения. 29. П еречислите технические парам етры светодиодов. 30. О пиш ите проц есс вы нуж денной реком б инац ии. 31. П рикаком условиивы нуж денная реком б инац ия превалирует над спонтанной ? Ч то такое инверсная заселенность? 32. П еречислите условия возникновения лазерног о излучения. 33. В чем заклю чается волноводны й э ф ф ект вполупроводниковом лазере ? 34. О пиш ите конструкц ию итехнолог ию изг отовления лазера на г ом о р-n переходе.

6

35. И зоб разите иопиш ите конструкц ию Д ГС-лазера. 36. О пиш ите принц ипы раб оты лазеров с э лектронны м иоптическим возб уж дением . 37. Ч то такое ф отопроводим ость? 38. О т каких ф акторовзависит ф отопроводим ость? 39. Н апиш итепервоехарактеристическоесоотнош ениедляф отопроводим ости. 40. Н апиш итевтороехарактеристическоесоотнош ениедляф отопроводим ости. 41. Ч ем об условлена спектральная зависим остьф отопроводим ости? 42. К аковы условия возникновения ф отоЭ Д С ? 43. К ачественно опиш ите э ф ф ект Д ем б ера. 44. О пиш ите ф отом аг нитны й э ф ф ект К икоина – Н оскова. 45. Ч то такое вентильны й ф отоэ ф ф ект ? 46. О пиш ите возникновение вентильной ф отоЭ Д С. 47. И зоб разите сем ейство вольтам перны х характеристик ф отодиода. 48. О пиш ите раб оту р-n перехода вф отодиодном реж им е. 49. Ч то такое чувствительностьф отоприем ника ? 50. Ч то такое порог овая чувствительность? 51. Ч то такое об наруж ительная способ ностьф отоприем ника? 52. Ч то такое постоянная врем ениф отоприем ника? 53. Ч то такое частотная характеристика ф отоприем ника? 54. Д айте качественное об ъ яснение частотной зависим остиф оточувствительности. 55. П еречислите наиб олее актуальны е спектральны е диапазоны , в которы х раб отаю т оптоэ лектронны е ф отоприем никииполупроводниковы ем атериалы , используем ы е для их изг отовления. 56. К акие виды ф отодиодовВ ы знаете? 57. Ч то такое р-i-n структура икаковпринц ип ее раб оты ? 58. Ч то такое э лем ент солнечной б атареиикакие треб ования предъ являю тся к нем у? 59. О пиш ите принц ип раб оты ф отоприем ника на основе б арьера Ш оттки. 60. О пиш ите принц ип раб оты ф отоприем ника на основе г етеро- р-n перехода. 61. За счет чег о происходит внутреннее усиление вф оторезисторах? 62. О пиш ите основны е достоинства инедостаткиф ототранзисторов. 63. О пиш ите устройство ипринц ип раб оты ф оторезистора. 64. О пиш ите раб оту лавинног о ф отодиода. 65. Ч то такое э лем ентарная оптопара (оптрон)? 66. И зоб разите схем у иопиш ите раб оту оптрона с внеш ней оптической ивнутренней э лектрической связям и. 67. И зоб разите схем у иопиш ите раб оту оптрона с внутренней оптической связью . 68. И зоб разитесхем у иопиш итераб оту оптрона с э лектрооптическойсвязью (с полож ительной оптической об ратной связью ). 69. И зоб разите схем у иопиш ите раб оту оптрона с об ратной отриц ательной оптической связью .

7

70. О пиш ите подроб но конструкц ию иустройство оптрона с внутренней оптической связью . 71. О пиш ите возм ож ны е варианты прим енения оптронов как ком понентов радиоэ лектронной аппаратуры , нарисуйте схем ы . 72. Ч то такое В О Л С? К акие варианты конструкц ииВ О Л С В ам известны ? 73. К акие характеристикиВ О Л С В ы знаете? 74. О пиш ите конструкц ию оптических каб елей. 75. К акие конструкц иииспользую тся для ввода излучения всветоводы ? 76. О пиш ите конструкц ииоптических разъ ем ов. 77. К аковы преим ущ ества В О Л С перед э лектрической связью ? 6. У чебн о– методическ ие матер иал ы подисципл ин е 6.1.

Ли т ерат ура основная

1. Н осовЮ .Р. О птоэ лектроника.- М .: Радио исвязь, 1989. – 360 с. 2. М арты нов В .Н ., К ольц ов Г.И . П олупроводниковая оптоэ лектроника. - М .: М И СИ С, 1999. – 399 с. 3. П ихтин А .Н . Ф изическиеосновы квантовой э лектроникииоптоэ лектроники- М .: В ы сш ая ш кола, 1983.- 304 с. 4. В асилевский А .М ., К ропоткин М .А ., Т ихонов В .В . - О птическая э лектроника. – Л .: Э нерг оатом издат, 1990.- 367 с. 5. Х анспердж ер Р., И нтег ральная оптика. - М .: М ир, 1985. – 384 с. 6.2.

Ли т ерат ура д оп олни т ельная .

1. К озанне А ., Ф лере Ж . О птика исвязь. - М .: М ир, 1984. 2. БергГ. Д ин П . Светодиоды . - М .: М ир, 1979.- 686 с. 3. Н осов Ю .Р., Сидоров В .А . О птроны иих прим енение. М .: Радио исвязь, 1981.– 280 с. 4. Ш арупич Л .С, Т уг ов Н .М . О птоэ лектроника.- М .: Э нерг оатом издат,1984.- 256 с. 6. Суэ м ац у Я ., К атаока С. О сновы оптоэ лектроники.- М .: М ир, 1988.- 285 с.

8

ЗАДАНИЕ № 1 Ф И ЗИ Ч Е СК И Е П РИ Н Ц И П Ы РА БО Т Ы СВ Е Т О И ЗЛ У Ч А Ю Щ Е ГО Д И О Д А Н еоб ходим о предлож итьтехнолог ические прием ы создания иоб основатьф изические принц ипы раб оты светоизлучаю щ ег о диода (СИ Д ) на г ом о-р -п переходе, излучаю щ ег о зелены й свет (λ=555 нм ) ипредназначенног о для использования вкачестве индикатора. 1.1. П роанализируйте содерж ание задания с ц елью вы б ора исходны х м атериалов для изг отовления тела СИ Д , еслиизвестно, что втехнолог ическом проц ессе тверды е растворы полупроводниковы х вещ ествне использую тся. 1.2. К каком у типу полупроводников(прям озонны е илинет) относится вы б ранны й В ам им атериал, изоб разите э нерг етическую диаг рам м у излучательны х переходов. 1.3.

С какой ц елью вданны й полупроводник вводится нейтральная прим есьазота?

1.4. О пиш ите ф изические принц ипы раб оты СИ Д иизоб разите э нерг етические диаг рам м ы вравновесном ираб очем реж им ах. 1.5.

П еречислите основны е технолог ические проц ессы создания СИ Д .э

1.6. П редлож ите оптим альную конструкц ию СИ Д с ц елью достиж ения м аксим альног о значения внеш нег о квантовог о вы хода. 1.7. П очем у полупроводниковы й СИ Д им еет ш ирину э м иссионной линиипорядка сотен анг стрем , вто врем я как полупроводниковы й лазер им еет ш ирину линии около 1 Ǻ ? Ли т ерат ура 1. М арты нов В .Н ., К ольц ов Г.И . П олупроводниковая оптоэ лектроника. - М .: М И СИ С, 1999. – 399 с. 2. БергГ. Д ин П . Светодиоды . - М .: М ир, 1979.-686 с. 3. Н осовЮ .Р. О птоэ лектроника.- М .: Радио исвязь, 1989. – 360 с.

9

ЗАДАНИЕ № 2 Ф И ЗИ Ч Е СК И Е П РИ Н Ц И П Ы РА БО Т Ы СИ Д Н А ГЕ Т Е РО - р -п П Е РЕ Х О Д Е И м еется светоизлучаю щ ий диод (СИ Д ), изг отовленны й на основе твердог о раствора Ga 1-x Al x As c λ изл.=825 нм ипредназначенны й для использования вВ О Л С. Структура г етеро-СИ Д ипослойное распределение значений ш ирины запрещ енной зоны представлены на рис.1.

Рис. 1. а) структура СИ Д на основе твердог о раствора, б ) послойное распределение значений ш ирины запрещ енной зоны г етеро-СИ Д . 2.1.

етические О пиш ите ф изические принц ипы раб оты СИ Д иизоб разите э нерг диаг рам м ы вравновесном ираб очем реж им ах. П еречислите преим ущ ества и недостаткиг етероструктур.

2.2.

О характеризуйте излучение СИ Д (ког ерентное илинет, дискретное илинепреры вное). И зоб разите качественно спектр излучения СИ Д .

2.3.

Н азовите основны е преим ущ ества инедостаткииспользования э тог о м атериала

2.4.

Рассчитайте э нерг ию ф отоноввинф ракрасном диапазоне (λ=825 нм )

2.5.

П редлож ите конструкц ию СИ Д , оптим альную с точкизрения достиж ения м аксим альног о значения коэ ф ф иц иента передачиизлучения вВ О Л С.

2.6.

П еречислите типовы е технолог ические проц ессы создания СИ Д . Ч то создает основное затруднение приж идкоф азном э питаксиальном вы ращ иванииданног о дог о раствора (см . рис.2)? К ак м ож но управлятьг радиентом конц ентрац ии Al ввы ращ иваем ом cлое?

2.7.

П очем у вкачестве парам етра э лектрическог о реж им а вы б ираю т прям ой ток черезСИ Д , а не напряж ение на СИ Д ?

10

Рис.2. Составкристалла GaAlAs взависим остиот состава расплава.

Ли т ерат ура 1. М арты новВ .Н ., К ольц овГ.И . П олупроводниковая оптоэ лектроника. - М .: М И СИ С, 1999. – 399 с. 2. БергГ. Д ин П . Светодиоды . - М .: М ир, 1979.- 686 с. 3. Н осовЮ .Р. О птоэ лектроника.- М .: Радио исвязь, 1989. – 360 с.

11

ЗАДАНИЕ № 3 Ф И ЗИ Ч Е СК И Е П РИ Н Ц И П Ы РА БО Т Ы Д ГС Л А ЗЕ РА О пиш ите конструкц ию полупроводниковог о лазера на основе Ga 1-x Al x As, представленног о на рис.1.

Рис. 1. Структура контактног о полосковог о лазера на Ga 1-x Al x As. 1- диэ лектрик; 2 – контакты . Н азовите необ ходим ы е условия лазерног о возб уж дения (г енерац ии). Н азовите характерны е особ енностиполупроводниковы х лазеров. П еречислите основны е свойства лазерног о излучения. О пиш ите ф изические принц ипы раб оты данног о лазера иизоб разите структуру э нерг етических зон г етероперехода. 3.5. О пределите прим ерную длину волны излучения Д ГС лазера, еслиш ирина запрещ енной зоны кристалла активног о слоя равна 0,88 э В . 3.6. В чем б удет проявляться волноводны й э ф ф ект удерж ания носителей для данной структуры ? 3.7. Н азовите основны е технолог ические проц ессы создания данной структуры .

3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

12

Ли т ерат ура 1. М арты новВ .Н ., К ольц овГ.И . П олупроводниковая оптоэ лектроника. - М .: М И СИ С, 1999.- 399 с. 2. БергГ. Д ин П . Светодиоды . - М .: М ир, 1979.- 686 с. 3. Н осовЮ .Р. О птоэ лектроника.- М .: Радио исвязь, 1989. – 360 с. 4. Х анспердж ер Р. И нтег ральная оптика: Т еория итехнолог ия. - М .: М ир, 1985. – 379 с.

13

ЗАДАНИЕ № 4 Ф И ЗИ Ч Е СК И Е П РИ Н Ц И П Ы РА БО Т Ы р -i-n Ф О Т О Д И О Д А О пиш ите с пом ощ ью рисунка конструкц ию р -i-n ф отодиода иоб ъ ясните воздействие света на нег о. 4.1. И зоб разите э нерг етическую диаг рам м у перехода иоб ъ ясните м еханизм возникновения ф ототока. 4.2. П риведите вольтам перны е характеристикиф отодиодовпривоздействиина нег о света различной интенсивности(вклю чая нулевую ). Будет липротекатьф ототок припрям ом см ещ ениина ф отодиоде? 4.3.

О пределите порог овую длину волны λ для крем ниевог о ф отодиода.

4.4. И зоб разите распределение э лектрическог о поля вр -i-n структуре приприлож енииоб ратног о см ещ ения. Рассм отрите кратко ф акторы , определяю щ ие э ф ф ективностьпревращ ения световой э нерг иивэ лектрическую втаких ф отодиодах 4.5.

Н азовите основны е технолог ические проц ессы создания данной структуры . Ли т ерат ура

1. П олупроводниковы е ф отоприем ники. У льтраф иолетовы й, видим ы й и б лиж ний инф ракрасны й диапазоны спектра / П од ред. проф . В .И . Стаф еева - М .: Радио и связь.- 1984.- 216 с. 4. М арты нов В .Н ., К ольц ов Г.И . П олупроводниковая оптоэ лектроника. - М .: М И СИ С, 1999. – 399 с.

14

ЗАДАНИЕ № 5 Ф И ЗИ Ч Е СК И Е О СН О В Ы РА БО Т Ы Ф О Т О Д И О Д Н О ГО О П Т РО Н А Н а рис.1 представлена конструкц ия оптрона вкачестве излучателя, им м ерсионной среды , ф отоприем ника которог о, использовалисьследую щ ие м атериалы соответственно: арсенид г аллия (показательпрелом ления n=3.6), крем нийорг аника (n=3.5) икрем ний (n=3.5) .

.

Рис. 1. К онструкц ия оптрона. 5.1. О пиш ите составны е частиэ тог о устройства иег о раб оту. К акие виды оптических переходов использую тся при г енерац ии излучения в источнике света? К акие длины волн соответствую т длинноволновой г раниц е спектра (λ г р.) и м аксим ум у спектра излучения (λ max)? К акоеосновноетреб ованиепредъ является к используем ы м воптроне прием нику иисточнику излучения? 5.2. К акой вид связииспользуется м еж ду составны м ичастям иэ тог о устройства? 5.3. К акие преим ущ ества им еет оптрон, сконструированны й из таких составны х частей? 5.4. П еречислите ф акторы , влияю щ ие на б ы стродействие такой структуры . 5.5. К акие преим ущ ества, б лаг одаря спец иф ике оптической связи, им ею т оптроны по сравнению с э лектронны м иустройствам и? 5.6. Будут лизависетьф ренелевские потери(потерина отраж ение) от тог о, входит лиизлучение из среды с м еньш им показателем прелом ления в среду с б ольш им , илинаоб орот? К ак м ож но ум еньш ить ф ренелевские потери? В о сколько разувеличатся ф ренелевские потериприиспользованиив качестве им м ерсионной среды воздуш ног о оптическог о канала? 5.7. В озм ож но литехнолог ическисоздание данног о оптрона в м онолитном исполнении? П риведите один из вариантов возм ож ной конструкц ииоптрона в м онолитном исполнении. Н азовитеосновны етехнолог ическиеоперац ии, используем ы е приег о изг отовлении.

15

Ли т ерат ура 1. Н осов Ю .Р,.Сидоров А .С. О птроны и их прим енение.- М .: Радио исвязь, 1981.- 280 с. 2. Ш арупич Л .С., Т уг овН .М .О птоэ лектроника. - М .: Э нерг оатом издат, 1984 . – 256 с. Составительдоц ент каф едры ф изикитвердог о тела Л укин А натолий Н иколаевич Редактор Т ихом ирова О .А .