2.1. Tc bao Quang d~n (bay dU'qc gl?i la Quang d~n - Quang di~n tra) Du6i sq chicu sang, trcn h~ m~t han dan co tl16 t<;\o ra cae c~p di~n tir- Ie, tr6ng. Cae hl;l-L t,h tlu vira duqe t<;\o ra nay khucch tan vao trong va hi tai hqp. Cac hl;l-t l,ij nay lam thay dOL de) dan di¢n cua han dan. Do v~y, neu d<).t m(H hi~u di~n the' (1 hai dau thanh han dan thl dong di~n s0 tang. Tu)' thcn nhi~m vI,! eua chung llgui1i ta da ch.e tl;l-o quang di~lltrb tu nhUng v~t Ji¢u han dan khac nhau: SClClli, suint chi, sulfit hitmuyt va aulrit catmi. Phu'Hng phap chc t~o Quang di¢n tra nhl! sau: tr~n phicn each di¢n I (xcm h1nh 2-44a) ta phu Wp han dan 2 hang each hoc hai Lrong chan kh(Jng. Tren l6"p 2 "!.it hat. cl!c Liep xuc 3 hfing kim IOl;l-i de n6i Quang di¢n Lra v6i m<;\ch ngoai. Blnh 2-44h va c trlnh hay cau q.o cua Quang di¢n trb suirit chi (C-AI). Kimloai @ ~ { ,,' \ }-_ J Eq III~II~II /~ ~I IJiIl/! 2 +-+: Ca'u Iflo quallg di¢n Ira :)< Oie tham s6 co han d~c tnIng eho quang diGn tra g6m co: d<) nh~y tich phan, swtt d<) nh<;\y tich phan, va Rt6i. + DO nh<;\y tich phan eua Quang di¢n tn1 la t1 s6 dong di¢n I trcn quang Lh(mg F sinh ra n6 lIng v6i tri s6 di¢n ap danh d~nh U eua nguon di¢n ngoaL. + Suat d¢ nh<;\y cua quang di¢n tra Ung voi khi Quang dic;n tra chua duqc chicu sang va di9n ap U eo trj sO' danh djnh. Thuong Rt6i co gia tr! (0,2-0,5) MO khi do dimg di¢n t6i co gia trj nIt nhi). [ ()l;I-i quang di¢n tri'i ehc Ll;I-O h~ng sulfit ehi co Rt6i = (1 ° -100) KQ; chc L<;\O hang sulrit canmis, sul1it hitmuyt h01c Tali gia tr~ Rt6i len toi vai MO. Khi 89 chieu sang, di~n tra t6i giam nho Lit (3 -5) Ian, con dong di~n sc lang len tuang ti'ng. Moi l0<:l-i quang di~n Lra chi nh;;ty cam vai m~t phan nhat dinh cua phO anh sang. Quang di~n trb thuang c6 di~n tra t6i tu I d€n IOOMD., di9n tra chicu sang tu 300 den 3KQ. Tuy nhien can chu y den quan 1mh cua linh kit;n: di¢n tn)- t6i duqc xac l~p ngay sau khi tilt ngu6n sang 1 ph~t trang khi di~n tra chicu sang duqc Lhiet li)p nhanh hon. Tan s6 cat cua quang dAn luang d6i thap (ca 20Hz den 1KHz). 2.2. Den quang di~n chloh htu Dcn quang di¢n chinh htu. Hi nhii'ng dl:'ng c1,l ban dan ll! t':lO ra m~t suc di~n dQng khi chiu lac d1,lng cua anh sang. Chung co ket cau tucmg tl! nhau, chi khac la hlnh d;;tng kfch thuac, v~t li¢u ban dan ban dau, phuong phap t;;tO di~n cl!c, cong ngh¢ ehe t;;tO lap chan V.v Tu)' theo chC'dQ lam vi~c den quang di~n chinh hru co th~ thl!c hi~n nhi~m V1:l: - Ngu6n phat quang di¢n nghia la ngu6n suc di~n d<)ng t':lO ra tfl!c ti€p bai nang luqng anh sang. - Bien d6i quang di¢n, khi d6 c6 mac thl!m nguon di¢n ap ngoai theo huoog phan cl!c ngh!ch. Duai lac d1:lng cua quang thong d~ dAn di¢n ella den, do £16 lri s6 cua dong quang di~n ehay a m;;tch ngoai se tang I~n rat 16n. Dcn quang di~n ehinh htu. duqe che 1;;to bang nhieu 10':li vi)1 li¢u seleni, suljit tali, suljiL b;;tc, gccmani, va silic. Do di~n tra Lrang eua den nho n~n chi Slr (iI:mg hi~u qua trong cac m;;tch c6 tri s6 tai nho (cae d1:lng Cl;l do luang, ca.c b¢ khueeh d~i c6 di~n tra vao nho). Tham s6 co ban cua den HI.: D¢ nh':lY tich phau, xac djnh bang ti s6 dong quang di9n trl!n quang th6ng sinh fa n6 khi ngan m;;tch cae di~n cl!c eua den. M9t tham s6 rat quan tn;mg cua cae den quang di¢n chinh luu la hi¢u suat quang di¢n cua chung. Dcn silk c6 hi¢u suat cao nhat (10-13%) khi dung anh sang m~t trai chieu trl!c tiep. Do do den silic duqc S11 dl:'ng d~ lam pin quang di~n (pin m~t tnJi). C6ng suat cua den phat ra U'ng vai mOi met vu6ng hi! m~t len tai WOW oj: Di{/{ qllang di~n Den duqc mac n6i tiep vai nguon di~n ap ngoai E thea huang phan cl!e nghich. Tri so Ec khoang mQL vai ch':lC von. Chi~u cao hang rao b m~t ti€p giap P-N khi d6 se tang ten m¢t luqng Ec' 90 Khi F = 0 (dCll chva dvgc chieu sang), van co dong di~n nh6 he eh'.1y qua dcn gQi la dong di¢n toi. No dvge t'!-o ra do cae dQng tu thieu s6 ehuyen d~ch qua tifp giap P-N dvai tac (h:mg eua ngu6n di~n ap ngoili. M~t dt? 16 thi~u so va di~n ttr da s6 trong lap n se tang len khi lap n dvgc chicu sang. Sl! tang m~t dQ 16 6 ltmg ehO gan tifp giap l<:\i cang lam eho chung khucch tan nhieu den tiep giiip, roi chuy~n dieh qua tiep-giap sang lOp P Chieu sang lOp n cang ml;lnh lhanh ph~n dong di¢n " sang" cang Ian. T6m l<:\t den e6 khii nang chinh htu dong di~n va kha nang dong quang di~n len rat nhieu khi dvgc chicu sang. VI v~y ta thv<'mg gQi den quang di~n chinh Ivu lam vi¢c 6 chc d¢ hien d6i quang di~n la diot quang di~n gQi ti1t la diat quang. '" Mi)t s6 loai ph6LO di6t ( di6t quang) d~c hi~t: - Ph6tO diot pim Loc.ti nay thvang c6 t6c dQ phllll Ung nhanh va d¢ nh~y cao. - Ph6t6 di6t lhac Iii: LOl;1i nay co h~ s6 khuech d'.1i 16n d<:\t tai hang tram Hin. Tuy nhien cAn chu y ta h~ s6 khufch d'.li phI! IhuQc vao thc phan Cl,tc ngvgc va nhi~t dQ. - Ph6t6 di6t Schottky: LOl;li nay la trong su6t vai cac tia gcin cl!c tim. - Pin m~t tn)i: D6 la d.c ph6tO diat hO'.1t d¢ng kh6ng ca.n ngu6n phAn cl!c hen ngoai nhvng I<:\i eho dong di~n ch<:\y qua tiii. * TrUll quang di¢n Triol quang dit;n con g9i Iii tranzito quang, day lil dl,mg c1,I han djn co ha lOp (pnp ho~c npn), e6 hai tic'p giap P-N va co hai ho~c ha dau ra. Ve m~t cau 1<.t0 no khOng khac gll0<.ti triolliep m?l da nghi~n Clru. V~t li~u che 11;10 lhvong la Gc ho;}c Si. Hlnh 2-45 trinh bay sa do nguy6n Iy va ccru 1'.10 cua lo<:\i triot quang pnp co cl!c g6c dQ ho. N I' (' a) VOlIg lieD .Q.iUp u E c E B b) 0. - E. R. R +E. E, f iiI/II 2 15: S(y dr'J nguyen /.y va cUll f(,lo IricJi qllafIf!, Tinh the Ixi.n dan duqc d~l lrong YO kim IO!;li kin d~ bao v~, pilan tren c6 dra s6 lrem bang Ihuy linh ho<:lc bang nhl!a trong su6t de: khang d.n anh sang chicu vao den. Ok JO<;li triot quang khac nhau c6 h111h d<.lng ngoai khac nhau, m~l kh<lc each x~p d~t ca.c tiep giap P-N ding khac nhau: IO<.li nay co tie'p giap d<)L th~ng g6c, IO<,li kia d~t song song voi huang chicu sang, (xem hlnh 2-45b). Dc! khong con anh sang chicu vao cl!'c goc, lap hall diln ngoai c6 kich thUlle nhi'> han. Do each mile ngu6n cung cap Ee, ClfC phal E phAn Cl{C thu~n doi vai clfe goc B, qfC gop C phan Cl,IC ngh!ch voi goc B. Nhu lfen eta noi, clfc g6c kh6ng c6 dau fa nell (lbng g6c 10==0 Khi chicu sang den. trong phan gac xuat hi~n nhi~u cti~n tlr va l6 lhidu so. Lo thiEu s6 se khuech lan lir B sang e dU<li lac (h;mg cua tti¢n truang giii'a B- e l~() n~n thanh phan dbng quang di¢n h trong mi:lch ngoa.i. Tri6t quang chi c6 lh~ lam vi~c tmng ch6 d0 bi6n d6i quang di¢n, khi do den duqc milc vai ngu6n di~n ap ngoai kho~mg (3-5)y' MQt s6 lo~i tri6t quang co them dau vilo cae qrc goc (con g9i HI duu vao vc phuong di¢n di¢n), nh<'1 do co lh~ tting hqp duqc ca 1m hi~u quang va tin hi¢u di¢n. Dong di¢n tren tai Juc nay ph1,l thuQc ca vao bicn thien cua 1m hi¢u quang va lin hi¢u di¢n. Dcn quang di¢n hi¢n nay dU<Jc Slr d1,lng r(mg rai trong nhicu thict hi di~n III cOng nghi~p d~ ki6m tra muc dt') chieu sang, t"inh In;mg nung nong cua cac v~llh~, kfch lhuae va ehatluqng gia cOng be m~l clla cae san pham v.v trong nhfrng ung dl:lI1g etau thiet b! chi ki~m tra nhfrng gia lr! gioi hi:lll (lac d1,lng nhu rule quang), trong nhfrng lIng dL!ng sau lhiet b! Jam nhi~m V1,l do lien 11,lC tloh tr~ng chicu sang cua d6i lUl;mg (thiet bj do quang di~n). 92 3. Cae linh ki~n pM! quang J.l. Laze ban dan Ten g9i laze (Lazcr) lii. do viet tat tit ticng Anh "Light Anphfication of Stimulated Emision of Radiation". Nhu v~y laze III si! phat di nhung bue X<:l di¢n tit duqc kfch Ihfch, nhfrng hue X",l nay dUQ'c hinh thanh t~i m¢t vung nhal dinh trang v,~t li~u ella d~lng CI;l do slJ phat X<;l cae hli'c x,~ clIang hue. Nguycn I)" l:lm vi~c eua laze ban Mm dlfi1 Ircn co sO ba qua lrinh v~t Iy sau day: h,lp Ihl,l. bue X'.I tll nhien va hue x<). cLrong hue. Laze ban dan thuang duqc lam bttng han dan hqp chfit GaAs. Cae chuyen tiep P - N ella laze ban dan Ihuang dl1C:tc ehe t<~o bang phuong phap khuc'ch tan. NOO;li ra cun n c6 the che'tao ban" phHC1IlO phap cpipaxi. Dc tao fa he) dao dOIlQ eo. e e 0 nguoi 1a Ihuang ch0Il kfch thU0C: 0.1; 0,15; 0,5 mm. 3.2. Diot phat 'luang (LED) Hi¢n luqng ph:l! s,.lng x<iy fa lrong diol phal quang 1:1 do qua trlnh tai hC!P hue x'-J trang chuyen tier PN doi vai cae h'.It dan II! do phun van chuy6n tie'p khi phfm cl)'c thu(ln. V11 li¢u h:l.n dan hi¢n (hrqc dung de: chet~lo d.c diat phat quang chl! yeu iu GaA:-; vl die chuycn tier P - N ehe 1<.t0 Ill' v~t li~u nay co hi¢u suft! luqng Ill' cao. Di6t ph at quang li:Im lit GaAs phat fa anh sang hong ngo~i. De mal Ihuang c6 th6 nhin duqc. nguai ta ph{li eha anh sang hong ngo~i do diol ph,-it ra d,~r vaa m(H ch[l\ ph,-t! quang. Neu them vao GaAs phot phD (P) de: I~O fa b{lJ1 d,ln ba Ih~lnh ph fin GaAsP co th6 phat fa anh s<ing nhin thay (d6 ho~c V~tng). Hi~n nay con m¢t s6 nhfrng ban dun hqp chat khac cung duqc dung d6 ehe 1<',10 cae diot phat quang, vi dl,l GsP, tuy thea 10"li I' Ip chat pha vao bin dan nay m~1 diat e6 thli ph.:it f<1 <tnh sang mau xanh ho~e mftu do. Diat phat quang kh6ng ph{li ehi duqe ehe t~o rieng h~ lung ehiee rna (huang eon dUCJe che t<'.IO thanh tung bO ghcp co the fi IO thanh nhung so chCr hO(le e,ie drlu hi¢u khae. Nhi¢m V1,l ehv yeu eua de diat phat quang ta Hun de dlJng Cl.1 bieu thj. Vi d1,l tren hinh (2-46) trlnh bay ky hi¢u me.leh eva dint phat quang va m(lt kicu ghcp don giim h('J diat phat quang d€ Elm h¢ hitn thi so. Kicu :.;cp n~\y (huang gQi Ii kicu bllY dOi.~n. Tat d cae so tu 0 den 9 deu e6 th~ bitu Ihj bang deh eho dong di¢n di qua eae diat Ihfch hqp 93 1 ' I~' - OI'234567R9 I-Iinh 2 /6: Ky hi¢u ella di()/ qU(jllg 4. Hie'n th! tinh the' long Nhu tren da trinh bay LED co th~ dung lam cae h~ hi~n th~ ehfr va s6 lUy rang dung LED l~ltn nhi¢m vl;I nay so voi cae phuong phap hi~n th~ khJ.c c6 nhi~u uu di0m nhung n6 con co nhugc di~m 16n HI. dong ti~u th1,llUang d6i 16'11. Vi dl,!, neu dung 4 o() bay dO<;l11 phat quang lam nhi¢ffi V1,l hi~n th! eho ffi¢t may tfnh nh6 thl dong lieu haa eua n6 I(m tai 500 rnA. Nguyen ly lam vi¢c eua h(l hi~n th! tinh the long khttc han vai nguyen ly tam vit;c eua LED, nhtrng VI nhi¢m vI,! chu yeu eua IO<;li dl,mg cl,I nay la hi~n th!, h(m ml'a n6 rung Iii m()t lo<;ti cll:lJ1g C1,l chit dn ellO nen xc'p va~ ml,lc nay. D~ bien cae 10<;1i v~l li¢u tinh th~ long thanh cae dl:mg CI,l hi0n thi nguai La tlutong kc;p v~t li¢u tinh lh~ long vaa gifra hai kim 10<;li trong su6t dung lam di~n qtc. Neu hai di¢n qrc d~u la tmng su6t thl gqi Ia ki~u ph,H x~. Khi chi con m~t di<;n cl,fc Ia Lrong su6t, con di¢n qtc kia duqc phu m(}t lOp phan x~ anh sang thl duqc g9i Iii ki0u phan x~. Ban than linh lh~ long khDng phat ra anh sang rna n6 chi truyen ho;)c ph an x~ anh sang It ngu6n ben ngoai. bai v~y. n6 chi doi hoi m(}l nang luqng cung cap ral nho dung lam XuaL hi~n hi~u ling tan x~ Lren tinh th6. Cling luang ll,f nhu LED, linh thti long ding tllUCmg duqc g(}p vai nhau t~o thanh timg h0 (to lam nhi~m vI,! hi~n thi ehfr s6 ho~c cac dau. PhO bien nhat n6 thuong duqc g~p thanh h0 bay do~n d~ hien th! ca.c s6 It 0 den 9. 5. 69 ng~u hQp quang di~n (Optron) &J ngiiu hqp Quang di9n thl,fC chat la mC>t di6l phat Quang va mC>L tranzito Quang di~n duqc g()p chung vao cung m()t vo bge. Hai diiu vao ella n6 Ia hai qrc ella di6t phat Quang thuang lam hang GaAs, con hai diiu fa la el!c ella tranl.ilo lam hang siUc. Cau tTlk va ky hi¢u m~eh eua Optron (con gqi Ia tran- eopto) nhu hinh (2 47). Opt ron la m<?t lo~i dl:tng cl,l Quang ban dan mai duqe che l~O va dung r()ng rai tmng nhling nam gall day. 94 N6u cho mC)t dong di~n di v~o m'.lch vao se Hlm cho di6t phil.t quanglam vi¢e toa fa anh sang, anh sang nay kfch thfch tranzito Quang lam eho tranzito Quang mo. Kh6ng eh6 dong di~n 0 d.tu vao tuc la kh6ng ch€ muc dC) phat sang eua di6t quang, do do cung kh6ng ch€ dong colecta eua tfanzito quang, tuc la kh6ng ehe dong di~n fa cua tfancopto bAng 60% dong vau cua n6. Hinlz 2 - 47: Ky Izi¢u Op/ron Optron cung e6 th~ lam vi~c nhu cae khoa di¢n tir. d tf'.lng thai dong, ca. hai di6t phat quang va tranzito Quang d6u d6ng. Khi c6 xung dong di qua m~ch van eua optron lam cho tranzito quang rna tuc la a m~ch fa cua optron eo dong chay trong su6t thai gian t6n t<;ii xung dong eua m'.leh v~o. N6 cung co the lam vi~c ache d¢ ngilu hgp tuy€n tmh bAng ckh thiet I~p dong pMn c,!c thich hgp d6i voi di6t ph~t quang. VII. M~CH T6 HQP VI m~N Til (IC-INTEGRATED CIRCUITS) Ky thu~t vi dien tit 10 nganh ky thu~t dien tit moi pMt tri~n tren 15 nam nay nhlffig da co nhling huoc tien ky di~u, d6ng g6p xua"t sAc vao nhi~u nganh khoa h9C ky thu~t. DAy III ngllnh ky thu~t mai d\fa van sl! t6ng h<Jp phuc t'.lP eua nhil!u nganh ky thu~t nhu 19 hoa, ky thu~t m<:lch,luy~n kim, cong ngh~ che t~o de t~u ncn nhling thiet b~ di¢n tir co kfch thu6'c qrc nho dam nhi~m m9t chuc nAng ky thu~t nhat djnh. 1. Khai ni~m chung M~ch vi di¢n tu hi¢n nay duqc dung ra"t fC)ng rai trong cac m<,lch di~n tir. Pha.n Ian cac m~ch cti~11 tir sir dl)ng trong ccic nganh ky lhu~t til" dan dl:mg den chuyCn dl;lng deu co dung m~ch vi di¢n til. Truoc h€t ciln lUll y rang danh tit m'.lch t6 h<Jp hay m~ch vi di¢n til hay m<,lch ket, m<,lch f~n d~u chi chung mC)t IO<,li m'.lch ctu<Jc dung ph6 c~p trong ca.c thiet bj may. Khai ni¢m vi di~n til chi ra ding kfch thudc cac linh ki¢n trong m<,lch Iii. nl"t nho, do Ia chi v6 luqng. Con khai ni¢m m'.lch t6 hqp tel. noi den nguy~n tac lip rap linh ki~n thea ki~u moi, kic'u to h<Jp, do Iii chi v~ ch~t. 95 1.1. D~c di€m Ml.lch t6 hqp (Ie) ia m~ch vi di¢n lU lmng c16 cae phan tIi eua m~ch duqc che t<.t0 tfen 1m)! ho;Jc mt)t s6 phicn dm1 tinh the vai kfch thu()'c rat nho, bAng cung m{)t qua tftnh cang ngh~, ca.c phan lir eua m~ch kh()ng th~ tach rai nhau va n6 hoan Ihanh nhfrng chile nang xu ly tin hi~u nhat dinh. Cho nell con co th6 n6i: M<.lch L6 hqp ia mqt thiet hi di911 Iii e6 m~t dl') HlP nip cao, cae phall lU m<;ich di~n, lrong do tat ca hay m¢t phan cae phan llr duvc lhl!c hiC;n m(H each khOng phun each va dU<.1C nui vai nhau dell mue c6 th~ coi thiet hi d6 nhu me)L l()ng the' th6ng nhilt. 1.2. Phafl IO<.li Trong ky lhu~t vi di~n llr thi d.c lTI<;lch 16 hqp duqc sir dl:mg nhu 13 cae cau ki<;n dC 1,:1.0 ncn cae he; lh6ng di\11 LU. Do d6 cho ncn LUy m6i m~ch vi di~n tit hoan lha.nh chile nang I1ha1 dinh nhltng kh6ng th6 lam gi khac n6 duqc nhl1 tach hi~l cac pilfin Ul trong no .,' Ngl1ai la c6 nhieu dch d6 phan IO<:li m<:lch t6 hqp, Du(ri day Iii tn(:lt so each phan lo~i ph(';) hien nhal. 1.2.1. D~(a vUo qua trinh cong ngh¢ (phuong phap cheL~o) dC: san xuat ra IC ll1CO quan di0tn nay, m<.'lch t6 hryp co 3 IO,:!-i chmh: .:. Mc;ch Irf hf!p mUllg mrJlIg: Day la IO<;li m,,"ch c6 de (tren d6 t~o m~ch di~n) lam hang v~t li~u each di~n 111m SU, thuy linh. Cac linh ki~n di~n LII duqc che t<;to hang mang mong kim IO,,"i di~1l m()i va him dan. Cae linh ki¢n Ilay duryc gan lien de nhe) phuang phap Luang tt! nhu plllwng phap in hoa van vai (d6i v6i mang day lren 1 ~m) ho~c h~ng phuang phap cho kim IO,,"i bay Iwi lrong chan khOng (d6i vaj cac mang mung nha han l~m) . • :. Cae m{,1ch /() Iu;p klu)'i ball dall. Trong lo~i nay, lap de ding lam hang chal han dan silic va cae hnh ki¢n th':l d9ng I<in lich qrc dugc chc ll;l0 ngay bang ban than chat han dan L~O ncn de (f{l. 1b~1I1 sa d6 m<,lch di~n duqc 1:;10 hili m(il hlock han dan. Cac day dan noi dc linh ki~n du9'c l~O ncn hang each phun kim lo~i Lrong chan khOng. Con cac linh ki¢11 lich qre va 1h1,l c}()ng ChC'l,,"O b~.I1g cae qua ldnh 6xi hoa, khuc'ch lan, quang khae va cpiLaxi. .:. Cue m{,1ch /() h(/p lui: M,!-ch to hqp lai cung Iii. m~ch mang mong, trong do chi ehc 1<;10 cae linh 96 . m<;ch ngoai. Blnh 2-4 4h va c trlnh hay cau q.o cua Quang di¢n trb suirit chi (C-AI). Kimloai @ ~ { ,,' }-_ J Eq III~II~II /~ ~I IJiIl/! 2 +-+ : Ca'u Iflo quallg. Thuong Rt6i co gia tr! (0, 2-0 ,5) MO khi do dimg di¢n t6i co gia trj nIt nhi). [ ()l;I-i quang di¢n tri'i ehc Ll;I-O h~ng sulfit ehi co Rt6i = (1 ° -1 00) KQ; chc L<;O. dU'qc gl?i la Quang d~n - Quang di~n tra) Du6i sq chicu sang, trcn h~ m~t han dan co tl16 t<;o ra cae c~p di~n tir- Ie, tr6ng. Cae hl;l-L t,h tlu vira duqe t<;o