Шалаөткізгіш материалдарының оптоэлектроникадағы маңызы

Презентация қосу

Қожа Ахмет Ясауи атындағы қазақ-түрік университеті
Жаратылыстану факультеті
Физика кафедрасы

БӨЖ
Тақырыбы: «Шалаөткізгіш материалдарының оптоэлектроникадағы маңызы. Планк, Стефан-Больцман, Винн заңдылықтары.»

Орындаған: Буланбаева Бахытнур
Тобы: ЖФЗ-011
Қабылдаған:PhD, аға оқ. Қатпаева Қ.Ә.

Түркістан 2023 жыл
МАЗМҰНЫ

І. КІРІСПЕ
1.1. Шалаөткізгіш материалдар
ІІ. БӨЛІМ
2.1. Оптоэлектронды құрылғылар
2.2. Фоторезистор

ІІІ. БӨЛІМ.
3.1 Стефан - Больцман және Винн
заңдары

ІV.ҚОРЫТЫНДЫ
V.ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Шалаөткізгіш материалдар (орыс. Полупроводниковые материалы) — ШӨ аспаптарды жасау үшін қолданылатын,
барлық температурада, соның ішінде белме температурасында (Г-300 К), шалаөткізгіштік қасиеттері айқын байқалатын
заттардың жиынтығы. Металдар мен диэлектриктер аралығында жататын үлестік электрөткізгіштік мәндерімен
сипатталады. Металдарға қарағанда шалаөткізгіш материалдардың электр өткізгіштігі температура жоғарылаған сайын
артады. Шалаөткізгіш материалдар мынадай негізгі топтарға бөлуге болады:
1) Қарапайым шалаөткізгіш материалдар Ge, Si, көміртегі (алмаз және графит), В, сүр қалайы, Те, Se;
2) Аш Bv типті қосылыстар (периодты жүйенің III және V топ элементтерінің қосылыстары), негізінен, сфалерит
типті кристалды құрылымы бар. Негізгі екілдері: GaAs, ZnP, ZnAs, FnSb,GaP;
3) периодты жүйенің VI топ элементтерінің (О, S, Se, Те) I—V тобы элементтерімен және сирек жер металдарымен
қосылыстары. Бұған CdTe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnO, ZnS жатады;
4) A11 B1V C2V типті үштік қосылыстар. Олар CdSnAs2, CdGeAs2, ZnSnAs2;
5) Кремний карбиды (SiC);
6) Кристалл емес шалаөткізгіш материалдар oсы топқа халькогенидті және тотықты шыны тәріздес шалаөткізгіш
материалдар жатады. Бұлар As2Se3 — As2Te3, TL2Se - As2Se3, Y205 - P205 - RO (R— I—VI топтағы металл).[1]
Жалпы жартылай өткізгіштер,оның ішінде жартылай өткізгіштік диодтар оптоэлектроникада электромагниттік сәле
шығарумен(жарық энергиясымен) көрінерлік сәуле,инфрақызыл,ультракүлгін диапазондарында әсер ететін
құрылғыларды пайдаланады,жарықпен әсерлесетін құрылғылардың үш түрі бар:жарықты тіркейтін құрылғы;
жарықты түрлендіретін құрылғы;жарықты шығаратын құрылғы.
Жартылай өткізгіш және қоспаландыруға пайдаланған техника әрбір нақты құрылғылар үшін жарық толқындарының
ұзындығын анықтайды.
Оптоэлектронды құрылғылар деп,көрінетін,инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтарда электромагниттік
сәулеленуге сезімтал болып келетін,сондай-ақ осы сәулеленуді өндіретін және пайдаланатын құрылғыларды
айтамыз.Көрінетін, инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтардағы сәулелену спектрдің оптикалық диапазонына
жатқызылады.Әдетте көрсетілген диапазонға 1 нм-ден 1 мм-ге дейінгі ұзындықтағы электромагниттік толқындар
жатады,бұған шамамен 0,5 • 1012 Гц –тен 5 • 1017 Гц-ке дейінгі жиілік сәйкес келеді. Кейде 10 нм-ден 0,1 мм -ге(5 •
1012...5 • 1016 Гц) дейінгі тар диапазондағы жиіліктер қолданылады.Көрінетін диапазонға 0,38мкм-ден 0,78 мкм-
ге(жиілік шамамен 1015Тц –тен төмен емес) дейінгі толқын ұзындықтары сәйкес келеді.Практикада сәулелену
көздері ретінде сәулелену қабылдағыштары (фотоқабылдағыштар) мен оптрондарды(оптопаралар) қолданамыз.
Оптоэлектрондық құрылғылардың негізгі қасиеттерін атап өтсек:

Қолданылатын жиіліктердің үлкен мәндерінде ақпаратты таратудағы оптикалық каналдың жоғары ақпараттық сыйымдылығы

Сәулелену көздері мен қабылдағыштарының толық гальваникалық шешімі

Қабылдағыш сәулесінің қабылдағыш көзіне әсер етпуі(ақпарат ағынының бір бағытта болуы)

Оптикалық каналдардың электромагниттік өрісті қабылдамауы(жоғары кедергілік қорғаныс)

1-суретте оптоэлектронды құрылғылардың жұмысы негізінді жатқан классификациясы мен физикалық әсерлері көрсетілген.

Оптрон – жартылай өткізгішті,сәуле шығару көзінен және сәуле қабылдағыштан тұратын,бір корпусқа біріктірілген және бұл екеуінің
оптикалық,электрлік байланыстары бар құрал болып табылады.Оптронның көп тараған түрінде,сәулені қабылдағыш ретінде
фоторезисторлар, фотодиодтар,фототранзисторлар қолданылады.

Резисторлық оптрондарда тізбектің кіріс режимі өзгерген кезде,шығыс кедергісі 1О7...1О8 есе өзгере алады.Сонымен қабат
фоторезистордың ВАС-ы жоғары сызықтылығымен,симметриялылығымен айрықшаланады;осының нәтижесінде аналогтық
құрылғыларда резисторлық оптопараның кеңінен қолданылуына жол ашылады.Резисторлық оптрондардың кемшілігі олардың төменгі
дәрежедегі жылдам қимылы – 0,01...1 с.

Цифрлық ақпараттың сигналдарын беру тізбектерінде ең бастысы диодтық және транзисторлық оптрондар болса,ал үлкен вольттық
күшті токтар тізбегінде,оптикалық коммутациялар үшін тиристорлық оптрондар қолданылады.

Тиристорлық,транзисторлық оптрондардың жылдам әсерінің 5...50 мкс диапазонында жиі жатуы оның ауыстырып қосу уақытын
сипаттайды.Ал қайсыбір оптрондар үшін бұл уақыт өте аз болады.Ақпаратты таратуда оптрондар байланыс элементі ретінде
қарастырылады.Оларды қолдану қондырғыны басқарудың әсерлі гальваникалық шешімін және әртүрлі электрлік шарттар мен
режимдерге әсер ететін жүктемені жүзеге асырады.
АЛ119А типті диод үшін кейбір параметрлерді мысалға келтірейік:
импульсті сәулеленудің үдеу уақыты – 1000нс-тан жоғары емес;
импульсті сәулеленудің әлсіреу (төмендеу) уақыты – 1500 нс-тан жоғары емес;
тұрақты тура кернеу І=300 мА кезінде – 3В-тан төмен;
I95 мкм,спектр ені 0,05мкм-ден аспайды) ЗЛ115А,АЛ115А типті диодтары 10%-тан аспайтын пайдалы әрекет
коэффицентіне ие.
Жарық диоды мыналарда қолданылады:
• Көшелік,өнеркәсіптік,тұрмыстық жарықтандыруда
• Құрылғы панелінің қосылу индикаторы ретінде
• Көшелік экрандарда,жылжымалы жолдарда
• Шамдар мен бағдаршамдарда
• ҚБ тетіктері,СК экрандарда
• Ойындарда,ойыншықтарды,белгілер мен USB-құрылғыларды
• Жарық диодты жол белгілерінде
Фоторезистор
Фоторезистор - жұмысы ішкі фотоэффектіге негізделген, жарық әсерінен электрлік кедергісі
кеміп, электр өткізгіштігі артатын шалаөткізгіш аспап. Фоторезистордың негізгі бөлігі —
шалаөткізгіш материалдың (кадмий және қорғасын сульфиді, кадмий селениді, висмутты-
күкіртті және т.б.) жұқа фотосезімтал қабаты.
Оптоэлектронды ауыстырып қосқыш оптоэлектронды жұп пен күшейткішті құрайтын гибридті
микросхема ретінде көрсетіледі.Ауыстырып қосқышта кремниймен қосылған галий арсенидіне
негізделген жоғары-әсерлі фотодиодтар мен тез әрекет ететін кремнийлік p-i-n-фотодиодтары
қолданылады.Иммерсиондық ортасы болып 2,7 сыну көрсеткіші бар халькогенидтік әйнек
болып табылады.Оптоэлектрондық парада токтың берілу коэффиценті қалыпты температурада
3-5 аралығын құрайды,іске қосылу уақыты(кідірі уақыты мен фронттың өсу уақытының
қосындысы) 100-250 пс,жарық диоды мен тұрақты токтағы фотоқабылдағыштың гальваникалық
шешімі 109Ом болады.Микросхема ТО-5 типті дөңгелек метал-шынылық корпуста орындалады.
Стефан - Больцман және Винн заңдары
Стефан - Больцман және Винн заңдары 1879 жылы австриялық физик И. Стефан
тәжірибелердің нәтижелерін зерделей отырып, ал 1884жылы А. Больцман теориялық
зерттеуге термодинамикалық тәсілді қолдана отырып, мынаны тағайындады: абсолют
қара дененің интегралдың энергетикалық жарқырауы абсолют
температураның төртінші дәрежесіне тура пропорционал:

Бұл — Стефан-Больцман заңы. Мұнда = 5,67 • 10−8Вт/м2К4 - Стефан-Больцман
тұрақтысы деп аталады. өрнегінен абсолют қара
дененің интегралдық энергетикалық жарқырауы тек температураға тәуелді екеінін
көреміз. Бірақ, бұл заң абсолют қара
дененің сәулеленуінің спектрлік құрамы туралы ештеңе айтпайды. Сондықтан
алдымен тәжірибе жүзінде арнайы зерттеулер жүргізілді. Абсолют қара дененің
энергетикалық жаркырауының спектрлік тығыздығының (сәулелену қабілетінің)
жиілікке тәуелділігі түрлі-түсті қосымшадағы 6-суретте көрсетілген.
Суреттен абсолют қара дененің сәулелену спектрінде энергияның таралуы біркелкі
емес екені байқалады. Барлық қисықтарда айқын максимум бар, ол температура
өскен сайын қысқа толқындар (үлкен жиіліктер) жайына қарай ығыса береді. Осы
себепті де металл кесегін қыздырғанда, ол алдымен, қызыл, содан соң қызғылт
сары, содан кейін ақ сары жарық шығарады. Әрбір қисық пен абсциссалар осінің
арасында жатқан аудан берілген Т температурадағы
интегралдық энергетикалық жарқырау R- ға тең. Бұл аудан (яғни R) Стефан-
Больцман заңы бойынша температураның 4-дәрежесіне тәуелді (Т4 - не
пропорционал) өседі.
Неміс физигі Винн абсолют қара дененің сәулелену қабілетінің максимумы сәйкес
келетін жиіліктің температураға тәуелділігін тағайындайды:
Абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының спектпрлік тығыздығының
максимумына сәйкес келетін жиілік дененің абсолют температурасына тура пропорционал.
Әдетте, Винн заңын жиілік емес, толқын ұзындығы арқылы мына түрде жазады:
�m=��
мұндағы b=2,9 -103 м•К — Винн тұрақтысы деп аталады.
Абсолют қара дененің сәулеленуінің спектрлік заңдылықтарын алғаш рет теориялық
түрде дұрыс негіздеген Макс Планк. Ол үшін оған кванттық гипотезаны енгізуге тура
келді. Бұл классикалық физикаға мүлде жат тұжырымдама еді. Классикалық физикада
кез келген жүйенің энергиясы үздіксіз өзгереді. Ал Планктің кванттық гипотезасы
бойынша энергия "үлестермен", дискретті түрде ғана шығарылады. Энергия "үлесін"
квант деп атайды. Әр кванттың энергиясы жиілікке пропорционал:
мұндағы һ = 6,626 1034Дж*с — Планк тұрақтысы деп аталатын фундаментал (жарық
жылдамдығы, элементар заряд секілді) тұрақты шама.
Қатты қызған денелердің сәулеленуі түрлі жарықтандыру құралдарын жасауда қолданылады.
Мысалы, кәдімгі электр шамының вольфрам қылы өте жоғары температураға (-3000К) дейін
қыздырылуы нәтижесінде жарық шығарады. Түрлі техникалық қажеттіліктер үшін доғалық
шамдар пайдаланылады.
Қатты қызып тұрған денелердің температурасын Стефан-Больцман заңының негізінде жасалған
құралдармен өлшейді. Мұндай тәсілді оптикалық пирометрия, ал аспаптарды пирометрлер дейді.
Жылудидар (тепловизор) деп аталатын құралдардың көмегімен денелердің инфрақызыл
сәулелерін "көруге" болады. Осы сәулелердің көмегімен түрлі заттардағы өте ұсақ сызаттарды,
ақауларды анықтайды және бұл тәсілдер өндірісте, түрлі технологиялық процестерде,
автосервисте сапаны анықтауға мүмкіндік береді.
Медицинада ИК (инфрақызыл) — термография әдісімен адам ағзасындағы қабыну, ісіктер
немесе қан айналуының бұзылуы сияқты көптеген ауруларды анықтап тауып, оны емдейді.[1]

Ұқсас жұмыстар

Жарық диодтары

Өрістік транзистор

Шеңберлі орман матеиалдары. Орман материалдарының класификациясы

Ақпараттық - коммуникациялық технологиялар және білім беру ортасы

Десмургия - байлам жөніндегі оқу жүйесі

Шикізат және оның технологиялық сипаттамасы

Термоэлекторлық термометрлер

Дәрі - дәрмектер, олардың таблетка материалындағы маңызы

Тамаққа қосатын заттар

Полимерлену реакциялары, маңызы және медицинада қолданылуы

Пәндер