Optoelektronische Halbleiterbauelemente

ISBN-13: 9783519100966 / Niemiecki / Miękka / 1992 / 473 str.

Reinhold Paul

Opis

Halbleiterbauelemente sind heute fur die Informationstechnik mit ihren Teilbereichen Informationsverarbeitung, -ubertra gung, -erfassung und -wiedergabe zur wichtigsten Grundlage geworden, ohne die eine moderne Elektronik und deren viel faltige Anwendungen in der Volkswirtschaft undenkbar waren. 1m Teilgebiet Informationserfassung und -wiedergabe spielt die Anwendung elektrooptischer Wirkprinzipien schon seit lan gem eine gewichtige Rolle, die durch die Konzeption optoelek tronischer Halbleiterbauelemente wie Lumineszenz- und Laser dioden, Anzeigeeinheiten, die vielfaltigen Formen der Fotode tektoren und Bildaufnahmeelemente noch zusehends an Bedeutung wuchs. Zu einer volligen Neubewertung optoelektronischer Halbleiterbauelemente fuhrte der Vorschlag M. Borners im Jahre 1966, Informationen durch Glasfasern zu ubertragen. Seitdem hat sich das Gebiet der optischen Nachrichtentechnik - fast als logische Fortsetzung der Hochfrequenz- und Mikro wellentechnik - sehr sturmisch entwickelt und ist mit solchen stichworten wie Glasfasertechnik, integriertes digitales Nachrichtensystem und Kabelfernsehen derzeit im Begriff. seine Moglichkeiten auch dem Laien zu vergegenstandlichen. Das vorliegende Studienskriptum versucht, die Wirkprinzipien, Eigenschaften und Anwendungsmoglichkeiten der typischen opto elektronischen Halbleiterbauelemente ubersichtsartig und aus einheitlicher Sicht darzustellen. Es entstammt Teilen einer Einfuhrungsvorlesung uber Halbleiterbauelemente fur Elektro techniker in den unteren Ausbildungssemestern. So sollte es fur Studenten mit einigen physikalischen und elektronischen Kenntnissen verstandlich sein. Eine umfassende Darstellung des Gesamtgebietes wurde diese Zielsetzung sicher verfehlen. Zusatzliche Literatur - meist mit Obersichtscharakter bzw. Quellenzitate am Ende eines jeden Abschnittes - ermoglicht ein tieferes Eindringen. Sie ist in jedem FaIle erforderlich, - will der Leser spater selbst an den vie len noeh offenen Fra gestellungen gerade dieses Gebietes mitarbeiten.

Spis treści

Optoelelektronische Halbleiterbauelemente.- 1 Physikalische Grundlagen optoelektronischer Halbleiterbauelemente.- 1.1 Wellen- und Teilchencharakter des Lichtes.- 1.1.1 Wellenauffassung.- 1.1.2 Teilchenauffassung des Lichtes.- 1.2 Elektromagnetische Wellen.- 1.2.1 Wellenausbreitung im ungestörten Raum.- 1.2.2 Reflexion und Brechung von Wellen an ebenen Grenzflächen.- 1.2.3 Interferenz und Kohärenz.- 1.2.4 Geometrische Optik.- 1.3 Strahlungserzeugung.- 1.3.1 Temperaturstrahlung.- 1.3.2 Lumineszenzstrahlung.- 1.4 Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung und Festkörper. Emission und Absorption.- 1.4.1 Grundprozesse.- 1.4.2 Absorption und Emission.- 1.4.3 Physikalische Absorptionsmechanismen.- 1.4.3.1 Fundamentalabsorption.- 1.4.3.2 Weitere Absorptionsmechanismen.- 1.4.4 Stimulierte Emission.- 1.4.5 Die optischen Konstanten.- 1.5 Größen zur Kennzeichnung von Strahlung.- 1.5.1 Strahlungsphysikalische Größen.- 1.5.2 Lichttechnische Größen.- 2 Halbleiterstrahlungsquellen.- 2.1 Lumineszenzdiode.- 2.1.1 Wirkprinzip.- 2.1.2 Eigenschaften und Kennwerte von LEDs.- 2.1.3 Materialien, Herstellungs- und Bauformen.- 2.1.4 Anwendungen. Grundschaltungen.- 2.1.5 Weitere Strahlungsquellen.- 2.1.5.1 Schottky-Diode.- 2.1.5.2 MOS-Diode.- 2.2 Anzeigeeinheiten.- 2.2.1 Obersicht.- 2.2.2 Digitale LED-Anzeigen.- 2.2.2.1 Anzeigeelemente.- 2.2.2.2 Ansteuerschaltungen.- 2.2.3 Flüssigkeitsanzeigen, LCD-Anzeige.- 2.2.3.1 Anzeigeelemente.- 2.2.3.2 Ansteuerschaltungen.- 2.2.4 Weitere Digitalanzeigen.- 2.2.4.1 Vakuumfluoreszenzanzeige.- 2.2.4.2 Elektrolumineszenzanzeigen.- 2.2.4.3 Weitere Anzeigetechniken.- 2.2.5 Quasianaloganzeigen.- 2.3 Laserdioden.- 2.3.1 Wirkprinzip.- 2.3.2 Eigenschaften realer Laserdioden.- 2.3.2.1 Bilanzgleichungen.- 2.3.2.2 Stationäre Losungen der Bilanzgleichungen.- 2.3.2.3 Strahlungskennlinie. Ausgangsleistung.- 2.3.2.4 Dynamische Losungen der Bilanzgleichungen.- 2.3.3 Bauformen.- 2.3.3.1 Materialien.- 2.3.3.2 Bauformen.- 2.3.3.3 Potentialtopflaserdioden.- 2.3.4 Anwendungen.- 3 Strahlungsempfänger.- 3.1 Fotoleiter.- 3.1.1 Wirkprinzip und Eigenschaften.- 3.1.2 Bauformen, Materialien, Anwendungen.- 3.2 Fotodiode.- 3.2.1 Fotodiode mit PN-Obergang.- 3.2.1.1 Wirkprinzip.- 3.2.1.2 Kennlinie. Eigenschaften der Fotodiode.- 3.2.1.3 Dynamische Eigenschaften.- 3.2.1.4 Materialeinflu8.- 3.2.2 PIN-Fotodioden.- 3.2.3 Schottky-Fotodioden.- 3.2.4 Lawinen-Fotodiode.- 3.2.5 Fotodioden mit Heterostrukturen.- 3.2.5.1 Fenstereffekt.- 3.2.5.2 Hetero-Lawinenfotodioden.- 3.2.5.2.1 Hetero-Lawinenfotodioden mit getrennter Lawinen- und Absorptionszone.- 3.2.6 Weitere Fotodetektoren.- 3.2.7 Schaltungstechnik.- 3.3 Fototransistoren, Fotothyristoren.- 3.3.1 Fotobipolartransistor.- 3.3.2 Fotofeldeffekttransistoren.- 3.3.3 Fotothyristor.- 3.4 Weitere Fotoempfänger.- 3.4.1 Spezielle Fotodetektoren.- 3.4.2 Halbleiterfotokatoden.- 3.5 Rauschverhalten von Strahlungsempfängern.- 3.5.1 Rauschquellen in Strahlungsempfängern.- 3.5.2 Empfindlichkeit. DetektivitAt.- 3.5.3 Betriebsarten von Strahlungsempfängern.- 3.6 Solarzelle.- 3.6.1 PN-Solarzelle.- 3.6.1.1 Kennliniengleichung. Grundeigenschaften.- 3.6.1.2 Bauformen. Materialeinfluß.- 3.6.2 Weitere Strukturen.- 3.7 Bildaufnahmeeinheiten, integrierte Fotosensoren.- 3.7.1 Bildaufnahmeröhre mit Fotodiodenmatrix.- 3.7.2 Integrierte Festkörper.- 3.7.3 Ladungsinjektionssensoren.- 3.7.4 Ladungstransfersensoren.- 4 Optokoppler.- 4.1 Wirkprinzip und Eigenschaften.- 4.2 Grundschaltungen.- 4.3 Anwendungen.- 5 Optische Übertragungssysteme.- 5.1 Übertragungsstrecken optischer Systeme. Lichtwellenleiter.- 5.1.1 Freie (atmosphärische) Übertragungsstrecke.- 5.1.2 Lichtwellenleitersystem.- 5.1.2.1 Wirkprinzip und Eigenschaften von Glasfaserwellenleitern.- 5.1.2.2 Übertragungseigenschaften.- 5.1.3 Schichtwellenleiter.- 5.1.4 Rechteckwellenleiter.- 5.1.5 Zylindrische Wellenleiter. Glasfaserkabel.- 5.2 Komponenten optischer Systeme. Integrierte optische Schaltungen.- 5.2.1 Komponenten optischer Systeme.- 5.2.1.1 Koppler.- 5.2.1.2 Modulatoren.- 5.2.1.2.1 Elektrophysikalische Effekte und ihre Anwendung in Modulatoren.- 5.2.1.2.2 Optisch gesteuerte Modulatoren.- 5.2.1.3 Schalter.- 5.2.2 Integrierte Optoelektronik.- 5.2.2.1 Hybride integrierte optische Schaltungen.- 5.2.2.2 Monolithisch integrierte optische Schaltungen.- 5.2.3 Photonik.- 5.2.3.1 Nichtlineare optische Materialeigenschaften. Optische Bistabilität.- 5.2.3.2 Optische Verstärker.- 5.2.3.3 Optische Schalter und Digitalelemente.- 5.3 Optische Übertragungssysteme.- 5.3.1 Modulation, Demodulation.- 5.3.2 Optische Übertragungssysteme.- 5.3.2.1 Optische Quellen und ihre Anpassung.- 5.3.2.2 Optische Detektoren.- 5.3.2.3 Übertragungslänge.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Reinhold Paul lehrt an der TU Hamburg-Harburg im Fachbereich Elektrotechnik/Technische Elektronik.