Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры». Свистова Т.В

Составитель канд. техн. наук Т.В. Свистова

УДК 621.38

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры» для студентов направления подготовки 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» (магистерская программа «Приборы и устройства в микро- и наноэлектронике») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Т.В. Свистова. Воронеж, 2016. 60 с.

Методические указания содержат лабораторные работы, позволяющие ознакомиться с физическими основами работы оптоэлектронных и нанофотонных приборов; основными типами излучающих, фотоприемных и индикаторных приборов, их параметрами и характеристиками и применением их в аналоговых и цифровых устройствах.

Методические указания предназначены для студентов- магистрантов первого курса.

Издание подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле «Му лаб раб ОЭМиНС.pdf».

Табл. 11. Ил. 23. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.Н. Кошелева

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры» предназначен для изучения физических и топологических основ оптоэлектронных микро- и наноструктур на основе элементарных и сложных полупроводников; формирования на этой основе современных представлений о физике и технике сложных полупроводниковых материалов и структур; ознакомления студентов с видами перспективных оптоэлектронных материалов и структур.

Современные электронные компоненты позволяют создавать малогабаритную, экономичную и надежную электронную аппаратуру. В общей номенклатуре изделий электронной техники оптоэлектронные приборы, устройства и системы являются самыми перспективными.

Изделия оптоэлектроники используют электромагнитное излучение оптического диапазона для приема, обработки, передачи, а также отображения информации. Оптоэлектронные приборы чувствительны к электромагнитному излучению в спектральном диапазоне - от инфракрасного до ультрафиолетового. В этом диапазоне они широко применяются как излучатели и фотоприемники электромагнитной энергии.

В настоящее время оптоэлектроника возглавляет список полупроводниковых приборов с наибольшим объемом продаж. Значительный объем продаж приходится на рынок светоизлучающих диодов (СИД). СИД выполняются на основе гетероэпитаксиальных структур и обеспечивают световую отдачу более 25 лм/Вт (лампы накаливания 15 лм/Вт). На основе суперярких СИД создаются крупноформатные цветные уличные экраны.

Оптоэлектронные приборы являются перспективными элементами сотовых телефонов, а именно портативных дисплеев. Переход к цветным дисплеям с высоким разрешением и

быстродействием возможен при их производстве на основе органических СИД.

Полупроводниковые излучатели «белого света» успешно заменяют лампы накаливания. В настоящее время ведется разработка полноцветных (кластерных) ламп, состоящих из нескольких СИД красного, зеленого и синего цветов свечения.

Интенсивно ведется разработка высокоэффективных фотоприемников УФ- и ИК-диапазона волн.

Развитие оптоэлектронных ИМС позволяет повысить быстродействие и надежность функционирования современных волоконно-оптических линий передачи информации, электронно-вычислительных машин нового поколения, заменить в электронной технике малонадежные и неэкономичные электромагнитные реле, разработать и создать системы промышленной автоматики и телемеханики, а также системы защиты от несанкционированного доступа.

Использование квантовых эффектов в наноструктурах позволяет создавать компактные, экономичные и долговечные полупроводниковые лазеры.

Налажено производство суперярких СИД и функционально законченных изделий на их основе. Проводятся работы по замене ламп накаливания полупроводниковыми излучателями.

Специалисты в области разработки и эксплуатации электронной аппаратуры должны знать как физические основы оптоэлектроники и нанофотоники, так и возможности оптоэлектронной элементной базы.

2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Цель работы: исследование явления преобразования оптического излучения в электрическую энергию в солнечных элементах.

Используемое оборудование и материалы: фотоэлек-

трические преобразователи на основе кремния (Si), люксметр, лампа накаливания, магазин сопротивлений, вольтметр, амперметр.

Теоретическая часть

Глобальные энергетические проблемы уже давно поставили в повестку дня вопрос о поиске нетрадиционных альтернативных технологий получения электроэнергии. К числу таких альтернативных технологий относится гелиоэнергетика на основе фотопреобразования солнечного излучения в электрическую энергию с использованием полупроводниковых солнечных элементов (СЭ).

В ряде областей применения (системы с автономными источниками питания) энергетические установки на основе СЭ уже давно заняли прочное место. В настоящее время продолжаются интенсивные исследования, направленные на создание эффективных СЭ на основе широкого круга полупроводниковых материалов, так как полупроводники оказались наиболее перспективным классом материалов, которые могут непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Солнечные фотопреобразователи (элементы, батареи) представляют собой полупроводниковые фотодиоды, оптимизированные для прямого преобразования излучения Солнца в электрическую энергию. В работе преобразователей солнеч-

3