Таблица 8.2. Показатели надежности ПЗСИ

позволяют определять величину предельно допустимого прямого тока. Помимо непосредственного влияния на скорость протекания деградации процессов непосредственно в светоизлучающем кристалле прямой ток, начиная с некоторого достаточно большого значения, начинает влиять на характеристики компаунда, обычно используемого в технологии ПЗСИ. При этом в области умеренных токов, при которых температура компаунда, обусловленная разогревом прибора, не превышает 120° С, наблюдается обратимое уменьшение коэффициента пропускания (в диапазоне температур 60... 120°С уменьшение может составлять 20%). При токах, превышающих 160 мА, в СИД на GaP наблюдается необратимое структурное изменение защитного компаунда. Таким образом, в специальных слзчаях, требующих использования экстремально больших прямых токов для сохранения автомодельности процесса деградации, позволяющей рассчитывать показатели надежности прибора по соотношениям (8.5), (8.6), необходимы специальные радиаторы.

Фундаментально ограничивает снизу постоянный ток преобладание безызлучательной генерационно-рекомбинационной составляющей тока в ВАХ (область токов вблизи 1 мА у большинства ПЗСИ). С другой стороны, минимальный рабочий ток определяется особенностями психофизиологического восприятия информации при ее надежном считывании с учетом особенностей окружающих условий (уровень освещенности и спектральный состав засветки), что требует его установления в каждом особом случае.

При анализе работы ПЗСИ матричного типа с числом строк trie и числом столбцов По принципиально необходим учет обратного напряжения на элементе. При больших токах утечки (случай малого обратного напряжения) параллельно с каждым прямо-смещенным сегментом может быть включено гпс цепочек из двух прямосмещенных и одного обратносмешенного сегментов. Чтобы Шунтирующие цепочки не оказывали существенного влияния на потребляемую мощность, необходимо выполнение условия /обр"< </пр.и/(тс7Ур), где TVp -число разрядов. Верхняя граница обратного напряжения определяется пробоем обратносмешенного р-п перехода. Как показывает анализ, в обратносмещенных р-п nepexoj дах в общем случае может реализовываться лавинный, туннельный .(зенеровский) или смешанный пробой. При Uo6v>Ub наблюдается

быстрое возрастание обратного тока со скоростью, определяемой дифференциальным сопротивлением /?д=50... 100 Ом.

Напряжение пробоя при линейном распределении примесей описывается соотношением [184]

f/,«6o(-fv-f lo-r

\ I. / \ 3 /

где а - градиент распределения примеси вблизи р-п перехода.

В случае резкого (выращенного) р-п перехода соответствующее выражение имеет вид [184] СП / Eg \з/2 / \-3/4

где Eg - ширина запрещенной зоны; N - концентрация примеси в слаболегированной области. Как следует из приведенного ранее анализа (см. гл. 3) слаболегированной областью в структурах для ПЗСИ, как правило, являются слои п-типа, при этом слабый уровень легирования п-слоя (Л/л» Ю* см-) и большая ширина запрещенной зоны используемых в технологии ПЗСИ материалов приводят к достаточно высокому значению напряжения пробоя (/в>12 В). Известно, что обратная ветвь ВАХ в области до пробоя определяется суперпозицией диффузионной и генерационно-ре-комбинационной составляющих, вклад которых изменяется с температурой либо как ехр -как ехр ~"2)" "

в используемых широкозонных материалах /овр не превышает 100 нА при f/o6p=10 В.

Надежность работы ПЗСИ в изменяющихся условиях окружающей среды определяет диапазон рабочих температур. При анализе влияния температурного фактора на условия функционирования ПЗСИ важно принимать во внимание процессы, происходящие как в светоизлучающем кристалле, так и в конструкционных элементах прибора в целом (защитный компаунд, корпус).

Понижение температуры окружающей среды в основном улучшает эксплуатационные характеристики излучающего кристалла (увеличивается сила света, замедляются процессы деградации), но вызывает рост прямого падения напряжения со скоростью 1 ... ... 4 мВ/° С. При достаточно низких температурах может наблюдаться резкое изменение t/np вследствие вымораживания носителей заряда на глубокие центры. Кроме того, различие коэффициента термического расширения полупроводникового кристалла и компаунда при достаточно низких температурах может приводить к обрыву проволочных выводов. Многочисленными исследованиями установлено, что функционирование полупроводниковых приборов при пониженных температурах вплоть до -70° С не приводит к необратимым изменениям характеристик этого класса приборов.

В области повышенных температур ограничение, накладываемое на этот параметр, связано с критической температурой, при которой вследствие полимеризации компаунда происходит необрати-182

мое изменение его свойств. Процесс стеклообразования в компаунде при бкр (составляющей, как правило, 120° С) приводит к резкому увеличению коэффициента термического расширения этого материала, что также может вызвать катастрофический отказ вследствие обрыва проволочных выводов.

Оптимизировать режим работы прибора без его перегрева позволяет предельно допустимая рассеиваемая мощность, которая устанавливается из условий обеспечения 7п-р<0кр.

Проведенное рассмотрение предельно допустимых режимов функционироваия ПЗСИ позволяет определить в первом приближении границы области, в которой возможна надежная работа прибора. При выборе оптимального режима следует иметь в виду взаимозависимый характер рассмотренных выше критических режимов, при котором использование предельного режима по одному из параметров (например, по рабочей температуре) исключает возможность одновременного использования критического режима по другому параметру (например, по рабочему току).

Поскольку в первую очередь должно быть обеспечено функционирование прибора без катастрофического отказа, первостепенное значение приобретает взаимосвязь между предельно допустимой мощностью рассеяния и температурой окружающей среды. При этом фундаментальным ограничением является обеспечение условий, при которых температура компаунда не превышает критической температуры полимеризации. Указанные условия могут быть выполнены при следующих температуре окружающей среды вокр и предельно допустимых электрических режимах (/пр, t/np):

вокр+ •ир.макс пр Rt < Окр.

Использование импульсного режима при мультиплексном управлении многоэлементными индикаторами существенно расширяет систему параметров, которые следует оптимизировать. Во-первых, встает вопрос о частоте повторения импульсов. Верхняя граница этого параметра определяется инерционностью светоизлучающих сегментов матричного индикатора. Последняя же может быть описана с помощью таких параметров, как время нарастания tnap И время сигнала ten импульса излучения, которые определяются временами жизни неосновных носителей относительно безызлучательной и излучательной рекомбинации. Типичные значения нар 1И ten не превышают 1 мкс. В случае матричного ПЗСИ с числом разрядов Np для тактовой частоты / должно вьшолняться неравенство tnsp, icuNplf.

Нетрудно убедиться, что при #р=20 величина f может составлять десятки килогерц.

Нижняя граница частоты f определяется особенностями психофизиологического восприятия информации человеческим глазом с учетом его инерционности. Для широкого диапазона скважностей (от 2 до 3000) частота импульсов, при которой не наблюдается Мерцания изображения, изменяется в небольших пределах в зависимости от интенсивности свечения. При средних уровнях свечения