зависеть от тока. Вместе с тем в реальных условиях эксплуатации вследствие конечного значения теплового сопротивления прибора даже при неизменной температуре окружающей среды происходит его разогрев. В общем случае тепловое сопротивление прибора определяется как электрофизическими, так и теплофизическими характеристиками (теплоемкость, теплопроводность) самого светоизлучающего кристалла и конструкционных материалов, используемых в приборе (токопроводящий клей, корпус и т. д.), а также особенностями монтажа ПЗСИ на приборной плате. Тепловое сопротивление варьируется от 100° С/Вт в дискретных СИД до 500° С/Вт в цифрознаковых индикаторах.

Разогрев прибора, в свою очередь, в соответствии с проведенным в гл. 7 рассмотрением приводит к уменьшению эффективности излучения. Специфика работы прибора в импульсном режиме питания, когда прн одном и том же токе /пр.ср падение напряжения з импульсном режиме превышает значение соответствующего параметра на /?д/пр.и, где ./?д - дифференциальное сопротивление, вызывает перегрев прибора, что влечет за собой уменьшение параметра п в зависимости (8.4). Таким образом, реальные ЛАХ в импульсном режиме характеризуются уменьшением крутизны div cpfdiup.cp при «увеличении скважности импульсного тока; при этом максимальный энергетический выигрыш достигается именно в области малых токов.

Экспериментальные исследования импульсных ЛАХ ПЗСИ, полученных при применении физического фотоприемника, в качестве которого использовался фотодиод ФД-24, скоррегированный с помощью светофильтра под кривую видности, подтвердили выводы проведенного выше анализа [182].

На примере СИД рассмотрим еще один аспект характеристик ПЗСИ в импульсном режиме. В общем случае разогрев прибора при большом импульсном токе приводит к смещению длины волны излучения в длинноволновую сторону вследствие уменьшения ширины запрещенной зоны полупроводникового материала, т. е. к из--/ ,т/<А, менению цветового восприятия свече-

ния прибора. Указанный эффект наиболее сильно проявляется в области максимальной чувствительности человеческого глаза (Лто=555 нм). В связи с этим следует подчеркнуть перспективность использования в мультиплексном режиме приборов насыщенного зеленого цвета свечения (Лт=« =555 нм) на основе GaP, нелегиро-

Рис. 8.5. Люмеи-амперные характеристики СИД насыщенного зеленого цвета свечения на основе GaP при 0окр=-60°С (кривые 1, 3, 5) и 25° С (кривые 2, 4, 6) в импульсном режиме при скважности Ю (кривые /, 2), 10 (кривые 3, 4) и 1 (кривые 5, 6)

ваяного изоэлектронными примесями. В этом случае [116] большой уровень возбуждения, характерный для импульсного режима питания, приводит к проявлению и последующему усилению новой коротковолновой полосы излучения, что компенсирует температурное изменение ширины запрещенной зоны. Слабая температурная зависимость эффективности рекомбинации в указанных структурах приводит также к тому, что крутизна ЛАХ в импульсном режиме сохраняется в широком диапазоне токов (рис. 8.5, кривые 2, 4, 6).

Анализ перспективных материалов для ЗСИ, работающих в импульсном рейсиме питания, показывает [182], что если длина волны излучения прибора Л<;555 нм, то изменение силы света под действием температуры может быть существенно меньше температурного изменения мощности излучения.

8.2. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

Выбор оптимального режима функционирования ПЗСИ осуществляется при использовании основных электрических и фотометрических характеристик (ВАХ, ЛАХ) с учетом предельно допустимых режимов эксплуатации; при этом основным критерием правильности выбора режима является сохранение высоких значений эксплуатационных параметров в процессе длительной эксплуатации.

Установление предельно допустимых режимов функционирования непосредственно связано с показателями надежности светоизлучающих приборов. Как показано в работе [183], распределение отказов этого класса приборов подчиняется нормальному логарифмическому закону; при этом основными параметрами являются: медианный ресурс 50 - время до наступления 50% отказов и стандартное отклонение натурального логарифма времени а=1п5о-1п/84, где 84 - время наработки до наступления отказов 16%изделий. С учетом того, что показатели надежности ПЗСИ в основном определяются процессами деградации в излучающем кристалле, проиллюстрируем основные аспекты физики надежности ПЗСИ на примере СИД.

Как отмечалось в гл. 7, для светоизлучающих приборов, работающих при умеренных уровнях возбуждения, характерна постепенная (параметрическая) деградация, при этом принципиальное значение имеет определение медианного (50%-го) ресурса. Как показывают экспериментальные исследования, проведенные в температурном диапазоне 25... 170°С [183], стандартное отклонение составляет a=J,4; при этом медианный ресурс можно аппроксимировать соотношением

4„ = Л,."ехр(). (8.5)

где А - постоянная; Еа - энергия активации; / - плотность тока; «~1; Тр-п - температура перехода. Принципиальным .Моментом

Таблица 8.1. Медианный ресурс СИД на основе GaP [1831

является то, что в выражение (8.6) входит именно температура р-п перехода, которая связана с температурой окружающей среды соотношением .

Тр-п = бокр "Ь пр пр Pit

где Яч: - тепловое сопротивление, зависящее от тока через р-п переход (табл. 8.1). Экспериментальные данные для медианного ресурса, приведенные в табл. 8.1 и полученные для светоизлучающих диодов на основе GaP, хорошо согласуются с расчетными зависимостями с учетом £0 = 0,61 эВ.

Надежность работы полупроводниковых приборов характеризует интенсивность отказов, которая может быть определена из нормального логарифмического закона при условии, что известны стандартное отклонение и медианный ресурс. Пример определения интенсивности отказов по экспериментальным данным наработки приведен на рис. 8.6. Для СИД на GaP было установлено а=1,4, 50=7-10 ч. При этом моменту времени 10* ч, равному минимальной наработке светодиодов на рис. 8.6, соответствует точка Л, абсцисса которой равна 40=1,4-10-2. Интенсивность отказов определяется ординатой точки А: 1X50 = 0,25, при этом Х= = 3.6-10- ч-. Интенсивность отказов достигает своего максимума 1,4-10-5 ч-> в момент времени 8-10* ч.

Наряду с интенсивностью отказов для характеристики надежности ПЗСИ широко используется 95%-ный расурс 95, т. е. время до наступления отказов 5% изделий.

Использование экспериментальных данных по форсированным испытаниям ПЗСИ на основе GaP, GaAs и GaAso бРо,4 позволило

определить для этих приборов основные показатели надежности, приведенные в табл. 8.2.

Приведенные данные по оценке показателей надежности ПЗСИ

Рис. 8.6. Нормированные зависимости интенсивности отказов от времени наработки для логарифмического нормального закона при 0=2 (кривая /), 0=1,4 (кривая; 2) и 0 = 1 (кривая 3)