1

GÖSTERİM CİHAZLARI

Öğretim ÜyesiProf. Dr. Bahtiyar SALAMOV

Hazırlayan A.Kürşat Bilgili

Master:138302202

GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

FİZİK BÖLÜMÜ

2

Gösterim Cihazları

1. Aktif Cihazlar: Kendi radyasyonlarını yayan cihazlar(LED,CRT)

2. Pasif Cihazlar: Gelen radyasyonu modüle eden cihazlar(LCD)

3

Lüminesans ve çeşitleri Lüminesans: Bir direkt yarıiletken uyarıldığında

yayınlanan ışıma lüminesansdır.

Fotolüminesans (FL): Uyarılma ışık soğrulmasıyla oluşur.

Katodolüminesans (CL): Uyarmalar maddenin yüksek enerjilielektron bombardımanıyla olur.

Elektrolüminesans (EL): Uyarılma elektrik akımı ile(dc ve ac) oluşur.

Radyolüminesans : Uyarılma radyoaktif ışınlarla olur.

Termolüminesans : Bir cismin ısıtılmasıyla oluşan ışımadır.

Tribolüminesans, kemilüminesans, biolüminesans, kandolüminesans gibiisimlendirilen farklı lüminesanslar da vardır. Fakat FL, CL ve EL cihazuygulamaları için diğerlerinden daha önemlidir.

4

Floresans

Yeniden birleşme ara bir geçiş seviyesi yoluyla değilde doğrudan gerçekleşiyorsa bant aralığı değerinde,ışığı bu işlem boyunca dışarı verir. Bunun gibi hızlıışıma işlemleri floresans olarak bilinir.

Ev

Ec

fotonis EE

hc

5

Fosforesans

Bazı maddelerde ışıma, uyarılma kapatıldıktan sonrasaniyeler veya dakikalar sonrasına kadar devamedebilir. Bunun gibi yavaş işlemlere fosforesans denir.Fosforesans, elektronun uyarıldığı enerji seviyelerindendaha düşük enerjili kararlı olmayan seviyelerin varlığınabağlıdır. Bunlar safsızlık seviyeleri olarak adlandırılır.

(a)

(b)

(c)Et

h

1

h2

Ec

Ev

(d)

6

Safsızlık Seviyeleri

Bir kristaldeki düzgün periyodik örgüden veya yapıdan herhangi bir sapma eksiklik(kusur) olarak tanımlanır. Bunlar:

1. Kimyasal kirlilikler

2. Örgü noktalarındaki boşluklar

3. Ara konumlara yerleşmiş atomlardan kaynaklanmaktadır.

7

Aktivatör ve Aktivatör Ortakları

Fosforesans özeliği gösteren maddeler fosforlar olarak adlandırılır. Fosfor maddeleri genelde içlerindeki aktivatör olarak adlandırılan safsızlıkların varlığına bağlıdır. Bunlar bir çok kristal örgü iyonuyla yer değiştirir.

Aktivatör iyonundaki yük, örgü iyonu yüküyle özdeş değilse bu durumda farklı iyonik yüklü safsızlık atomlarının varlığına yol açar. Bunlar aktivatör ortakları(yardımcıları) olarak bilinir.

8

Enerji seviyeleri1. Karakteristik lüminesans: Safsızlık enerji seviyeleri

aktivatör iyonu ile ilgilidir. Karakteristik lüminesansta uyarmaenerjisi aktivatör iyonuna aktarılır.

2. Karakteristik olmayan lüminesans: Aktivatör iyonlarınınvarlığı nedeniyle geliştirilmiş olan geçici örgüyle ilgilidir.Karakteristik olmayan lüminesansta aktivatör ve aktivatörortakları bir arada bulunur ve bunlar maddedealıcı(akseptör) ve verici(donor) seviyelerini oluşturur. Bunlarelektron ve deşik tuzakları olarak bilinir.

Ec

Ev

Ed

Ed

Ea

(a) (b) (c) (d)

9

Elektronun tuzakta geçirdiği süre

Birim zaman başına elektronun tuzaktan kaçma ihtimali:

olarak verilir. Derin tuzaklarda ve düşük sıcaklıklarda elektronun kaçma ihtimali düşüktür.

kTEEQ dc /exp

10

Radyasyon Yayıcı Yeniden

Birleşme İşlemi

Yarıiletkenlerde radyasyon yayıcı yeniden birleşme üç farklı şekilde gerçekleşir.

1. Batlar arası geçişler.

2. Safsızlık merkezleri yoluyla yeniden birleşme.

3. Eksiton yeniden birleşmesi.

11

Bantlar Arası Geçişler

Doğrudan bant aralıklı yarıiletkeniçin bantlar arası geçiş

İletim ve valans bandındaki e laraynı dalga vektörüne sahiptir.

Dolaylı bant aralıklı yarıiletkenler içinbantlar arası geçiş.

Geçiş olabilmesi için dalga vektörününkorunması gerekir. Bu yüzden birfonon oluşturulmalı veya yokedilmelidir.

EC

EV

EV

gEhc

pg EE

hc

12

Bantlar Arası Geçişin Özellikleri

1. Birleşme ihtimali:

2. B sabiti dolaylı bant aralıklı yarıiletkenler için doğrudan bant aralıklı yarıiletkenlerden yaklaşık 100 bin kat daha azdır.

3. Yüksek sıcaklıklarda ve çok saf kristallerde görülür.(Si, Ge, GaAs gibi)

4. Işık yayan diyotlar ve yarıiletken lazerlerde banttan banda direkt geçişler görülür.

Bnpr

13

Safsızlık Merkezi İle Yeniden

Birleşme(Bant-Akseptör)

Valans bandının biraz yukarısına yerleşen seviyenin deşik yakalama ihtimali yüksektir.

Ev

Ec

13

2

Ea

ag EEE

14

Safsızlık Merkezi İle Yeniden

Birleşme(Donor- Bant)

Enerji seviyesi iletim bandına çokyakın bir yerde yerleşir. e yakalamaihtimali valans bandındaki hollerinyakalanma ihtimalinden dahafazladır.

Ev

Ec

1

2 Ed

3dg EEE

15

Safsızlık Merkezi İle Yeniden

Birleşme(Donor – Akseptör)

İki enerji seviyesi söz konusudur. A ve B geçişlerinde ışımalı birleşme söz konusudur.

Ec

Ev

1

3

2

2

3

A B

r

eEEEE dag

0

2

4

16

Eksiton Yeniden Birleşmesi

Eksiton: Bağlı e-h çiftidir ve saf yarıiletkenlerdeiletim bandının altında enerji seviyelerine sahiptir.

Elektron ve holün kısmen büyük sıcaklıklardaçekimlerinin ortak merkezinde daire çizdikleriBohr benzeri hallere sahip olarak düşünebiliriz.

eVm

mE

re

re

2*

16,13

17

Fotolüminesans

Fotolüminesansta enerji kristale foton soğurulmasıyla aktarılır. (UV -> CdSe kuantum nokta)

Fotolüminesans Uygulamaları

Bant aralığının belirlenmesi

Safsızlık seviyeleri ve kusurların belirlenmesi

Birleşme mekanizmalarının anlaşılması

Malzeme kalitesi gibi niceliklerin araştırılmasında kullanılır.

18

Fotolüminesans deney düzeneği

.

monokromatörCCD

kamera

Uyarma Kaynağı

Ayna

PC

örnek

Laser

Ev

Ec

hh>Eg

19

Katodolüminesans

Yüksek enerjili elektron demeti katıya(yarıiletkene) çarparsa %90 civarında katıya girer ve bağlı elektronları koparır. Koparılmış elektronlar başka elektronların koparılmasına neden olur. Üretim işleminin son aşaması valans bandının tepesindeki elektronlar, iletim bandının dibindeki seviyelere uyarılır. Üretilen e-h çifti sayısı:

İle verilir.

Elektron demetinin menzili(girme olasılığı)

g

B

E

E

b

Be KER

20

Katod ışın tüpü(CRT)

Ekran taban tarafına buharlaştırma yoluyla konulan 0,1mikronkalınlığında alüminyum bir katman ile 0,5 mikronluk fosfortaneciklerinden oluşan ince bir tabakadır.

21

Görüntü

Resim tarama ile ışık şiddeti ise akım değişimi ile elde edilir.

22

Görüntü 2

Elektron tabancası

Renkli ekranın yakından görünüşü

23

Elektrolüminesans

Düzenekte fosfor tozu yüksek dielektrik sabitli saydam bir yalıtkan bağortamına asılır ve iki elektrot arasına sıkıştırılmıştır. Elektrotlaradeğişken bir akım uygulandığında fosfor parçacıkları ışık yayınlar. Işıkçıkış gücü:

2

1

0

10 exp)(

V

VfPP

Saydam

elektrot

Genelde(SnO2)

Cam

kaplama

İletken olmayan bağ ortamında

Fosfor parçacıkları

Metal

elektrot

ac

24

Elektrolüminesans Mekanizması1

Fosfor parçacıkları içindeki oluşan E, elektronları dolualıcı seviyelerinden, iletim bandındaki aynı enerjiliseviyelere tünelleyebilir.

İletim bandındaki diğer elektronlar boşalmış seviyeleredüşebilir ve radyasyon yayınlanır.

Ev

Ec EvE

foton

25

Elektrolüminesans Mekanizması2

Elektrik alanda hareketli bir elektrongerekli enerjiyi kazanarak değerlikbandından iletim bandına geçer. Deşik birsafsızlık alıcısı tarafından yakalanır. İletimbandındaki elektron boş alıcı seviyesinedüşerek radyasyon oluşur.

Ev

EC

Ev

Ec

EV

Ec

26

Işık Salan Diyot (LED)

Işık yayan diyotlar, doğruyönde gerilimuygulandığında ışıyan, diğerbir ifadeyle elektrikselenerjiyi ışık enerjisinedönüştüren özel katkımaddeli P-N diyotlardır.

27

Işık Salan Diyot (LED)

28

Ders sonu

Sorular?

Kaynaklar: http://www.howstuffswork/

http://en.wikipedia.org/

http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/lc/Intro.htm

Optoelektronik, Wilson J., Hawkes J. F. B.

29

Videolar:

1-fotolumınesans 2-katolumınesans

3-fotolumınesans 4-electrolumınesans