Optoelectronics – Wikipedia

Le terme Optoélectronique (Parfois aussi Optronik ou Optotronik Nommé) est émergé de la combinaison de l’optique et de l’électronique semi-conducteurs et, au sens le plus large, comprend tous les produits et processus qui permettent la conversion de données et d’énergies générées électroniquement en émission de lumière et vice versa.

Le fond est z. Par exemple, la tentative de combiner les avantages de la préparation et du traitement des données électroniques avec les avantages de la propriété de transmission à large bande rapide et électromagnétique et électrostatiquement indiste de la lumière. Dans le même temps, cela comprend également la conversion de l’énergie électrique dans la lumière et vice versa sur la base de la technologie électronique des semi-conducteurs, par laquelle la lumière générée peut se propager soit dans la liberté ou dans des milieux de translusion de lumière fixe (conducteur d’onde lumineux tels que les câbles à fibre optique) ou, comme cela peut également être utilisé dans la technologie de stockage optique, également pour le stockage de données générées électroniquement.

L’optoélectronique est devenu une partie intégrante de la vie quotidienne, car ce sont des composants tels que B. laser, écrans, ordinateurs, mémoire optique et opérateur de données.

Différentes diodes lumineuses

Composants optoélectroniques sont des composants qui agissent comme une interface entre les composants électriques et optiques ou même les appareils qui contiennent de tels composants. Cela signifie généralement (mais pas exclusivement) des composants microélectroniques qui fonctionnent sur la base de semi-conducteurs.

Les composants de l’optoélectronique peuvent être divisés en actionneurs (émetteurs) et détecteurs (receveurs).
Les actionneurs optoélectroniques sont des composants semi-conducteurs qui produisent la lumière à partir de l’électricité, c’est-à-dire des diodes laser et émettant de la lumière. Le spectre d’émission peut être une plage spectrale à la fois dans le visible et dans l’invisible (UV ou infrarouge).
Les détecteurs optoélectroniques sont les éléments de construction d’inversion des actionneurs, c’est-à-dire la résistance à la photo, la photodiode (également cellule solaire) et le transistor photo. Les capteurs d’éclairage peuvent également être construits comme un circuit intégré, par exemple B. comme capteur CCD. Les photomultiplicateurs font également partie de l’optoélectronique.
Si l’actionneur et le détecteur sont exploités comme un système, cela se traduit par un capteur optique, un optocapteur si appelé. Le champ est appelé optocapteur.
La combinaison simple d’un actionneur et détecteur dans un composant est appelée optocoupleur.

En plus de cela, il existe d’autres composants nécessaires à la transmission, au renforcement ou à la modulation des signaux.
Le transfert de signaux optiques peut être effectué par espace libre ou en relation avec le conducteur d’onde et les circuits optiques (voir optique intégrée).
Les modulateurs optiques sont des composants qui (modulent) une caractéristique définie. Par exemple, cela peut être une amplitude temporelle ou spatiale ou une variation de phase. Cela inclut, par exemple, des amplificateurs optiques, des multiplexeurs optoélectroniques et des réflecteurs micror optiques magnétorestrictive.

Un grand nombre de matériaux peuvent être utilisés en optoélectronique, tels que toutes les formes de semi-conducteurs (élément, III / V et II / vi-demi-leader ou semi-conducteur organique) mais aussi conducteurs organiques et inorganiques, non managers, verres, etc. ^[2]

Le silicium, principalement utilisé dans la technologie des semi-conducteurs, possède de mauvaises propriétés optoélectroniques, car il a une bande interdite indirecte et donc pas directement ou seulement directement ou uniquement converti très inefficace en signaux optiques – par exemple, des couches de silicia très épaisses sont nécessaires pour les cellules solaires. À des fins optoélectroniques, des semi-conducteurs directs tels que l’arséniure de gallium ou le phosphure d’indium sont donc nécessaires, qui sont difficiles à intégrer dans la technologie du silicium. La raison de la bande interdite indirecte est la structure de la grille de diamant du silicium et du germanium. En 1973, il était théoriquement prédit que le germanium est un semi-conducteur direct dans une structure cristalline hexagonale. ^{[3] [4]} En 2020, une équipe dirigée par Erik Bakkers (Tu Eindhoven) a géré la production de semi-conducteurs à base de germanium et de silicium avec une structure cristalline hexagonale et une bande interdite directe. Pour ce faire, ils avaient le germanium ou le silicium à la vapeur sur un modèle en fil nano arséniure de gallium, qui avait déjà une structure cristalline hexagonale. Les pwires nano avaient un diamètre d’environ 35 nanomètres, le matériau fabraré a formé une couche d’environ dix fois le diamètre. La procédure était déjà utilisée en 2015, mais à ce moment-là, il n’était pas encore possible d’atteindre la pureté nécessaire et n’a pas pu atteindre des émissions de lumière. La longueur d’onde de la lumière émise peut être ajustée par la variation du rapport germanium-silicium, qui se trouve dans la gamme infrarouge qui est déjà utilisée pour la communication optique via des fibres de verre (variation entre 1,5 et 3,5 micromètres). ^{[5] [6]} Dans la prochaine étape, les structures basées sur le nano-wire doivent être adaptées aux plans habituels des technologies de puces de silicium et y intégrer.

Optoélectronique est une sous-zone d’ingénierie, qui peut être étudiée soit comme un programme d’études indépendant, soit comme une direction d’approfondissement d’un autre cours (laser et optotechnologies, informatique technique, physique technique, génie électrique, nano-ingénierie / science de la nanostructure, technologie des microsystèmes).

Objectifs d’étude:

• Conception et optimisation des systèmes optiques complexes z. B. avec l’aide d’un logiciel de conception pertinent
• Comprendre l’interaction des ondes optiques avec une matière inorganique et organique
• Compréhension du développement et de la production de lumière avec des propriétés spécifiques, le développement et la production de nouvelles sources de lumière, la technologie d’éclairage adaptative
• Acquisition de bonnes connaissances physiologiques et ergonomiques du développement et de la mise en œuvre de nouveaux concepts dans la technologie d’éclairage

• Manfred Börner, Reinhard Müller, Roland Schiek: Éléments du look intégré. Teubner, 1990, ISBN 3-519-06130-9.
• Marius Grundmann (éd.): Nano-optoélectronique – concepts, physique et appareils. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-43394-5.
• Safa O. Butcher: Optoélectronique et photonique – principes et pratiques. Prentice Hall, Upper Saddle River 2001, ISBN 0-201-61087-6.
• Michael A. Parker: Physique de l’optoélectronique. Taylor & Francis, Boca Raton 2005, ISBN 0-8247-5385-2.
• Thomas Petruzzellis: Optoélectronique, fibre optique et livre de cuisine laser – plus de 150 projets et expériences. McGraw-Hill, New York 1997, ISBN 0-07-049839-3.
• Kiyomi Sakai (Hrsg.): Terahertz Optoelectronics. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20013-4.

1. ↑ Brevet DE1254513 : Messages affichés pour le système de transmission multi-étages pour la modulation du code d’impulsion. Publié sur 16. novembre 1967 , Inventeur: Manfred Börner. ‌
2. ↑ Hartmut Hillmer, Josef Salbeck: 8. Matériaux de l’optoélectronique – bases et applications . Dans: Manuel de physique expérimentale – Volume 6: corps fixes . 2e, sur -The -Counter Édition. De Gruyter, Berlin 2005, ISBN 978-3-11-019815-7, doi: 10.1515 / 97831111157.707 .
3. ↑ J. D. Joannopoulos, Marvin L. Cohen: Propriétés électroniques des phases cristallines et amorphes complexes de GE et SI. I. densité des états et des structures de bande . Dans: Revue physique B . Groupe 7 , Non. 6 , 15 mars 1973, S. 2644–2657 , est ce que je: 10.1103 / PhysRevb.7.2644 .
4. ↑ Bills théoriques récents: Claudia Rödl, Jürgen Furhmüller, Jens Renè Suckert, Valerio Armzza, Friedhelm Bechstedt, Silvana Botti: Propriétés électroniques et optiques précises du germanium hexagonal pour les applications optoélectroniques . Dans: Matériel d’examen physique . Groupe 3 , Non. 3 , 11 mars 2019, S. 034602 , est ce que je: 10.1103 / PhysRevMaterials.3.034602 , Arxiv: 1812.01865 .
5. ↑ Hamish Johnston: L’émetteur de lumière basée sur le silicium est le «Saint Graal» de la microélectronique, disent les chercheurs . Dans: Monde physique. 8. avril 2020.
6. ↑ Elham M. T. Fadaly U. un.: Émission directe des alliages de GE et de sige hexagonaux GE et SIGE . Dans: Nature . Groupe 580 , Non. 7802 , Avril 2020, S. 205–209 , est ce que je: 10.1038 / S41586-020-2150-Y , Arxiv: 1911.00726 .