Один переход. Четыре устройства. Два направления энергии | Оптоэлектроника простыми словами (Э0.1)

Экран, на котором вы читаете этот текст, оптоволоконный кабель, по которому у вас есть интернет, солнечная панель на крыше и датчик камеры у двери — все четыре устройства построены на основе p-n-переходов. Одно и то же устройство. Разные полупроводники, разные условия эксплуатации, разное направление потока энергии. Один и тот же переход. Этот переход является универсальным преобразователем между электричеством и светом. В этой лекции объясняется, почему. Что рассматривается в этой лекции: Два фундаментальных процесса на полупроводниковом переходе: рекомбинация электрон-дырка с испусканием фотона и поглощение фотона с образованием электрон-дырочной пары — и почему оба являются одним и тем же квантово-механическим переходом, протекающим в противоположных направлениях Почему ширина запрещенной зоны является основным параметром: она определяет минимальную энергию фотона, с которым взаимодействует переход, приблизительную длину волны излучения и всю логику выбора материалов для оптоэлектронного проектирования Как синий фотон с длиной волны 450 нм несет энергию 2,76 эВ и почему кремний с шириной запрещенной зоны 1,12 эВ никогда не может излучать синий свет Четыре семейства устройств и что их отличает: светодиод (некогерентное излучение), лазер (когерентное стимулированное излучение), солнечная батарея (широкополосное поглощение в мощность), фотодетектор (оптический сигнал в электрический сигнал) Почему кремний доминирует в электронике, но практически бесполезен для излучения света — и какие материалы заполняют этот пробел Направление преобразования энергии как единственное проектное решение, определяющее, какое семейство устройств вы создаете Что рассматривается в этой лекции: спонтанное и стимулированное излучение, оптическое Усиление, уравнения скорости, полупроводниковые лазеры, гетеропереходы, фотодетекторы и физика солнечных элементов Это вводный курс по фотонике и оптоэлектронике. Предварительных знаний в области оптики, помимо базовых принципов работы p-n-переходов, не требуется. Часть серии «Фотоника и оптоэлектроника».