Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
MỞ ĐẦU
1.TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Vai trò của đo lường trong giai đoạn hiện nay:
Phải nói rằng đo lường là một vấn đề tối quan trọng trong kỹ thuật sản
xuất và thiết kế ,cũng như kiểm tra chất lượng sản phẩm trước, trong và sau
khi gia công. Để có những sản phẩm chất lượng cao thì phải cần một sự đầu tư
lớn công sức, trí tụê và trong đó đo lường đóng vai trò then chốt trong quá
trình chế tạo cũng như sau khi chế tạo. Để có được những thông tin chính xác
về kết quả đo thì ta phân tích kỹ lưỡng đặc thù của sản phẩm, số lượng cần đo
trong một thời gian nhất định, và quan trọng nhất là yêu cầu sai số đối với
từng loại sản phẩm mà phải chọn những dụng cụ đo thích hợp để đạt được yêu
cầu kỹ thuật theo thiết kế. Có rất nhiều phương án để giải quyết một vấn đề cụ
thể nào đó, trong đo lường cũng vậy cũng có các phương pháp đo khác nhau
như phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp, phương pháp đo
tiếp xúc và không tiếp xúc, tất cả kiến thức về đo lường sẽ giúp công việc sản
suất và lựa chọn thiết bị đo để phục vụ sản xuất một cách tốt nhất và hiệu quả
nhất. Trong giai đoạn hiện nay đo lường không những chỉ phục sản xuất mà
còn phục vụ rất nhiều các lĩnh vực của cuộc. Những gì mà con người tạo rất
Ýt cái mà có thể hoàn hảo chính vì vậy đo lường giúp con người dần đạt được
những yêu cầu tối ưu về chất lượng sản phẩm tạo ra.
Vai trò của đo lường vấn đề đảm bảo chất lượng sản phẩm:
Đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu
trong sản xuất của tất cả các lĩnh vực. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất
lượng nhưng vấn đề then chốt vẫn là đo lường. Đo lường không chỉ là kiểm
tra chất lượng sản phẩm sau khi gia công mà còn phải kiểm tra chất lượng ở
đầu vào, trong khi gia công, nhằm phát hiện kịp thời các sai hỏng và đưa ra
phương án giải quyết đúng đắn, nhằm đạt năng suất và hiệu quả cao nhất.
Nhằm mục đích ngày một hoàn thiên các phương tiện đo lường con
người đã liên tục cải tiến các dụng cụ đo lường cũng như chế toạ ra các dụng
cụ đo ưu việt đối với yêu cầu của thực tế. Tuy nhiên để có thể đạt được mọi

Với thời gian có hạn và hạn chế bởi phương tiện và công nghệ, nên trong
đồ án này em chỉ đưa ra phương pháp đo và sử lý số liệu các thông số kỹ thuật
của trục máy in BJ của Canon. Trục được đo bằng dụng cụ đo LS7000 của
hãng KEYENCE. Phạm vi củâ đề tài chỉ nghiên cứu các hệ số đường kính
ngoài và và độ cong trục máy in BJ. Để phục vụ cho việc in là tốt nhất.

Hà Nội /5/2004 - 2 - ĐHBK- HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO
I.Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường
I.1.Đo lường:
Đo lường là việc định lượng độ lớn của đối tượng đo. Đó là việc thiết lập
quan hệ giữa đại lượng cần đo và một đại lượng có cùng tính chất vật lý được
qui định dùng làm đơn vị.
Thực chất đó là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ
lệ giữa chúng.Độ lớn của đối tượng cần đo được biểu diễn bằng trị số của tỷ
lệ nhận được kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
I.2.Phương pháp đo:
Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo. Đó
là tập hợp mọi cơ sở khoa học và có thể để thực hiện phép đo. Trong đó nói rõ
nguyên tắc để xác định thông số đo. Các nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sở
mối quan hệ toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan đến đại lượng đo.
Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể với thông số đo
phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện
có, có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được. Mối quan cần được chọn sao
cho đơn giản, các phép đo dễ thực hiện.
Cơ sở để phân loại phương pháp đo.
a) Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra : phương pháp đo
tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc.
Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo mà giữa đầu đo và bề mặt

∆
X: giá trị chỉ thị của dụng cụ .
Độ chính xác của phép đo so sánh cao hơn của phép đo tuyệt đối và phụ
thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh “0”.
c)Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia ra
phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp .
Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo mà đại lượng đo dược chính
là đại lượng cần đo. Ví dụ khi ta đo đường kính chi tiết bằng panme thước
cặp, máy đo chiều dài …
Phương pháp đo trực tiếp có độ chính xác cao nhưng kém hiệu quả.
Phương pháp đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó đại lượng được đo
không phải là đại lượng cần đo mà nó có quan hệ hàm số với đại lượng cần
đo, ví dụ như khi ta đo đường kính chi tiết thông qua việc đo các yếu tố trong
cung hay qua chu vi…
Hà Nội /5/2004 - 4 - ĐHBK- HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
Phương pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý
học giữa đại lượng được đo và đại lượng cần đo là phương pháp đo phong
phú, đa dạng và rất hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ càng phức tạp thì
độ chính xác đo càng thấp.
Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo rất phụ thuộc vào việc
chọn mối quan hệ này.
I.3. Kiểm tra – phương pháp kiểm tra:
Kiểm tra là việc xem xét chất lựơng thực của đối tượng có nằm trong giới
hạn cho phép đã được quy định hay không. Giới hạn cho phép là các sai lệch
cho phép trong dung sai sản phẩm mà người thiết kế yêu cầu phụ thuộc vào độ
chímh xác cần thiết khi làm của sản phẩm. Nếu chất lượng thực nằm trong
khoảng sai lệch cho phép, sản phẩm được cho là đạt, ngược lại sản phẩm bị
xem là hỏng hay không đạt .
Việc kiểm tra phải thông qua kết quả đo chất lượng thực của sản phẩm

trình bày các phương pháp đo chúng ta cần tách chỉ tiêu tổng hợp thành các
chỉ tiêu riêng và lấy đó làm đối tượng đo. Việc tách các chỉ tiêu tổng hợp
thành các chỉ tiêu riêng lẻ sẽ gặp khó khăn về phân phối trị số dung sai tổng
thành các dung sai thành phần. Thường thường để đơn giản cho bài toán
người ta áp dụng phương pháp cân bằng tác dụng cho các thành phần. Tuy
nhiên trong chỉ đạo cụ thể có thể căn cứ trên khả năng công nghệ mà có thể
phân phối dung sai, không áp dụng phương pháp cân bằng tác dụng. Ngoài ra
mỗi khi đo thông số này không tránh khỏi ảnh hưởng của các thông số khác
có liên quan. Vì thế mà dung sai của thông số mà trong khi đo luôn ảnh hưởng
đến kết quả đo của các thông số khác được quy định khắt khe nhất. Chẳng hạn
độ tròn là thành phần có ảnh hưởng đến kết quả của các thông số đo tiếp sau
như độ côn,độ cong,độ đảo … vì thế khi phân phối dung sai, bao giờ trị số độ
tròn cũng cần nhỏ hơn, đến mức ảnh hưởng đến kết quả đo các thông số còn
lại có thể bỏ qua được. Khi kiểm tra có thể một trong các chỉ tiêu đo được
vượt trị số dung sai thành phần, song nếu khi tính sai lệch tổng hợp không
vượt quá dung sai cho chỉ tiêu tổng hợp thì sản phẩm vẫn được xem là đạt yêu
cầu.
Hà Nội /5/2004 - 6 - ĐHBK- HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
I.3. Đo độ tròn:
Đo độ tròn được định nghĩa là sai lệch lớn nhất giữa bề mặt thực đến
đường tròn áp. Đường tròn áp là đường tròn lý thuyết bao lấy đường giới hạn
bề mặt thực. Nếu gọi R
a
là bán kíng vòng tròn áp và R
t
là bns kính của bbề
mặt thực lấy cùng tâm với vòng tròn áp thì sai lệch lớn nhất giữa hai vòng tròn
trên được viết lại.
EFK = | R















(hình 1.1) sơ đồ đường thực và đường áp
Hình trên là một ví dụ ,với số cạnh chẵn có thể suy ra ;
EFK =
2
min
max
dd −
(1-2)
Hà Nội /5/2004 - 7 - ĐHBK- HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
Từ công thức (1-1)và (1-2) nhận thấy rằng có thể xuất phát từ số cạnh
méo mà có phương pháp đo độ tròn khác nhau :
a) Khi số cạnh n chẵn
Có thể dùng sơ đồ đo hai tiếp điểm để đo d
max
và d










(hình 1.2) sơ đồ đo các tiếp điểm đường tròn
Nếu hiệu d
max
- d
min
/ 1 vòng quay là
∆
và hiệu d
max
- d
min
/một số điểm là
V, gọi hệ số phản ánh đúng kết quả đo là K =
∆
V
. việc kiểm tra theo các điểm
ngẫu nhiên theo sơ đồ (a) cho k = 0 ữ 1 , xác xuất nhận được K = 0.75 là 86%
, do đó sơ đồ (a) cho kết quả nhanh chóng nhưng kém tin cậy. Hơn nữa, nếu số
cạnh n = 4,8,12 … với mọi phương đo đều cho K = 0.
Khi đo theo sơ đồ (b) , hệ số K = 0,87 ữ 0.75 với mọi phương đo. sơ đồ
này có thể dùng đo độ tròn với các sản phẩm có số cạnh

(1-5)
Trong kiểm tra tự động, để khỏi xoay chi tiết và tránh phải ghi nhận trị số
chỉ thị người ta tổ chức các điểm theo dõi kích thước theo sơ đồ trên rồi đưa
các tín hiệu đo vào thiết bị trừ, kết quả chỉ cho ta ngay biên độ x
max
– x
min
b) Khi số cạnh n lẻ.
Hà Nội /5/2004 - 9 - ĐHBK- HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
Các sản phẩm sau mài vô tâm, sau nghiền đĩa hay do các biến dạng đàn
hồi khi kệp để gia công … thườngcho sản phẩm bị méo với số cạnh n lẻ.Để đo
dộ tròn khi chi tiết méo với số cạnh lẻ cần phải dùng sơ đồ đo 3 tiếp điểm chi
tiết đo được định tâm theo vòng tròn ngoại tiếp với mặt trụ ngoài và vòng nội
tiếp với mặt trụ trong. Tùy theo yêu cầu và độ chính xác và số cạnh người ta
có thể dùng các sơ đồ đo có chuẩn định vị khác nhau và bố trí vị trí của
chuyển đổi khác nhau sao cho có được hệ số phản ánh tương đối đơn
giản.Thông thường người ta dùng sơ đồ đo 3 tiếp điểm dạng đối xứng như
hình :

α
(hình1.4) sơ đồ đo độ tròn theo 3 tiếp điểm
Trong đó α là góc V được chọn theo số cạnh n của méo :
α = 180
0
-
n
°360
(1-6)
Nếu biên độ dao động của chuyển đổi sau 1 vòng quay của chi tiết là:

Hệ số K
3 60
0
120
0

3
1
5 120
0
và 90
0
72
0
2
1
7 120
0
103
0
2
1
9 60
0
120
0
3
1
a) Đo độ côn : xác định đường kính tại hai tiết diện I-I và II – II cách
nhau chiều dài chuẩn kiểm tra L (hình *). Độ côn tuyệt đối bằng hiệu hai

Sơ đồ đo cơ bản để đo độ côn được thể hiện ở trên . Để loại trừ các ảnh
hưởng của sai số chuẩn nên đo d
1
ở đầu A rồi đảo đầu chi tiết cho B vào vị trí
đo để đo d
2
sai lệch chỉ thị giữa 2 lần đo cho ta là S . Độ côn đo được phụ
thuộc S và hệ số ảnh hưởng của chuẩn đo như (hình 5) .
Đo độ côn theo hình trên năng suất thấp, chỉ thích hợp khi kiểm tra khối
lượng sản phẩm không lớn lắm. từ sơ đồ cơ bản trên ta có thể tổ chức sơ đồ đo
vi sai hoặc dùng dụng cụ đo dạng tự chọn chuẩn. Khi đó có thể đọc trực tiếp
trị số độ côn trên dụng cụ đo.
Khi dùng sơ đồ đo vi sai, việc gá đặt chi tiết rất thuận tiện vì không có
sai số chuẩn như (hình 5). Sơ đồ này được áp dụng để kiểm tra tự động độ côn
trong khi gia công hoặc kiểm tra chất lượng sản phẩm loạt lớn.
Đo độ cong trục tâm thực của bề mặt tại tiết diện nào đó là tâm đối xứng
của các điểm trên bề mặt thực. Trục tâm thực của chi tiết là đường nối tâm của
các tiết diện. Việc đo độ cong trục bản chất là xác định độ đối xứng của các
điểm trên bề mặt thực quanh đường tâm lý tưởng tạo bởi đường nối tâm của
hai tiết diện cách nhau chiều dài chuẩn kiểm tra. Chiều dài chuẩn kiểm tra và
Hà Nội /5/2004 - 12 - ĐHBK-
HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
vị trí của đầu đo có ý nghĩa rất quyết định đến trị số độ cong trục, thường
được ghi sẵn trong yêu cầu kỹ thuật hoặc hứng dẫn kiểm tra. Nếu trong yêu
cầu kỹ thuật không ghi rõ chiều dài chuẩn thì phải hiểu là chỉ tiêu cho trên
suốt chiều dài chi tiết. Khi chi tiết không có đột biến về mặt kết cấu.
#

(hình 1.6) sơ đồ đo độ cong với chuẩn phẳng

Để có thể kiểm tra chính xác các kích thước trước, trong và saukhi gia
công thì đòi hỏi kiểm tra phải hiểu biết về kỹ thuật cũng như phương pháp đo
mới có thể làm được. Chương này đã giới thiệu những nội dung cơ bản cần
phải biết khi đo lường và kiểm tra các thông số kích thước như đường kính
ngoài, độ trụ và đặc biệt là độ cong trục.

Hà Nội /5/2004 - 14 - ĐHBK-
HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẦU ĐO LS7000
I.Sơ đồ nguyên lý hoạt động:
$%&
'#!(()
*#+), /
0123
45657
8
9)
()&
&
&
:;
8<456
=
=
7>
.?@<
A

- Eυ (2-1)
Gọi là bề rộng vùng cấm.Trạng thái của điện tử trong các vùng năng
lượng cho phép được đặc trưng bởi năng lượng E và véc tơ sóng
K
(K
x
,K
y,
K
z
)
tuy nhiên sự phụ thuộc giữa năng lượng E và véc tơ sóng
K
trong các vùng
năng lượng cho phép rất phức tạp. lân cận các điểm cực tiểu của vùng dẫn và
cực đại của vùng hoá trị sự phụ thuộc E(
K
) có thể xem gần đúng có dạng 1
hàm bậc 2.
E(K) = E
c
+
∗
m
Kh
2
22
(2-2) đối với điện
E(K) = E
υ

lượng: bán dẫn vùng cấm thẳng và bán dẫn vùng cấm xiên.
Hà Nội /5/2004 - 16 - ĐHBK-
HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
Bán dẫn vùng cấm thẳng là bán dẫn có cực tiểu vùng dẫn và có cực đại
vùng hoá trị cùng ở tại 1 điểm trong không gian , ví dụ
K
=(0,0,0) bán dẫn
vùng cấm xiên là bán dẫn có cực tiểu vùng dẫn và có cực đại vùng hoá trị tại
hai điểm khác nhau trong không gian
K
: Ví dụ cực tiểu vùng dẫn tại 1 điểm
K
≠ 0 , còn cực đại vùng hoá trị tại
K
=(0,0,0).
II.2. Chuyển mức năng lượng quá trình hấp thụ: Khi chiếu sáng chất
bán dẫn bằng ánh sáng có tần số thích hợp, các phôtôn có thể bị hấp thụ bởi
các điện tử từ mức tháp đến mức cao. Trong chất bán dẫn có thể sảy ra nhiều
dạng chuyển mức năng lượng khác nhau, ví dụ chuyển mức giữa mức tạp chất
với vùng dẫn, chuyển mức giữa vùng hoá trị với các mức tạp chất, chuyển
mức giữa các phân vùng trong vùng dẫn hay trong vùng hoá trị. Tuy nhiên
quan trọng nhất và đáng chú ý nhất là chuyển mức của điện tử từ vùng hoá trị
lên vùng dẫn chuyển mức này gọi là chuyển mức vùng – vùng, hay chuyển
mức cơ bản.
Chuyển mức cơ bản có thể sảy ra theo hai cơ chế khác nhau : Chuyển
mức thẳng và chuyển mức xiên. Chuyển mức thẳng là chuyển mức trong đó
sung lượng hay véc tơ sóng của điện tử gần như không thay đổi và không có
sự tham gia của phôtôn, dao động mạng tinh thể.
Chuyển mức xiên là chuyển mức mà trong đó xung lượng hay véc tơ

1
K
+
phot
q
=
2
K

1
K
≈
2
K
(2-4)
Điều kiện này có nghĩa là trong chuyển mức thẳng do đòi hỏi của định
luật bảo toàn véc tơ sóng, véc tơ sóng của điện tử gần như không thay đổi.
Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có
E
1
+
h
υ
phot
= E
2
(2-5)
+

∆

1
≥ ∆E
g
(2-6)
vậy phôtôn muốn được hấp thụ thì phải thảo mãn điều kiện

h
υ
phot
≥ ∆E
g
(2-7)
Hà Nội /5/2004 - 18 - ĐHBK-
HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
giá trị υ
0
=
h
Eg∆
∆E
g
được gọi là tần số ngưỡng cơ bản. Hình II.1 trên biểu
diễn bằng mũi tên các chuyển mức thẳng từ vùng hoá trị nên vùng dẫn trong
hai loại bán dẫn:
Trường hợp chuyển mức xiên :
Từ hình 8b chóng ta thấy rằng trong trường hợp bán dẫn vùng cấm xiên,
nến chỉ có chuyển mức thẳng thì phôtôn với tần số ngưỡng hấp thụ υ
0
=

Định luật bảo toàn véc tơ sóng sẽ là:
1
K
+
phot
q
+
phono
q
=
2
K

Nhưng vì
phono
q
là véc tơ sóng của phonon, dấu cộng ứng với trường hợp
phát xạ photon, dấu trừ ứng với trường hợp hấp thụ phonon .
Vì phonon mang một năng lượng bằng
phon
h
ω
nên định luật bảo toàn năng
lượng trong trường hợp hấp thụ chuyển mức xiên sẽ là:
E
1
+
h
υ
phot

Eg
−
∆
(2-10)
Khi điện tử chuyển mức từ vùng hoá trị lên vùng dẫn nếu mức năng
lượng cuối E
2
> E
c
Thì điện tử có một động năng nhất định bằng (E
2
-E
c
) tuy
nhiên do tán xạ với các tâm tán xạ trong quá trình hồi phục, động năng của
điện tử giảm xuống và chiếm mức năng lượng lân cận cực tiểu của vùng dẫn
E
c
.
II.3. Tái hợp bức xạ tự phát. Điôt phát quang(LED): Các điện tử ở lân
cận cực tiểu vùng dẫn sau một thời gian tồn tại ở đây có thể chuyển mức
xuống một trạng thái trống trong vùng hoá trị và phát bức xạ ra mét photon
đó chính là quá trình tái hợp bức xạ tự phát, bức xạ phát ra trong trường hợp
này gọi là bức xạ tái hợp tự phát, hay bức xạ tự phát. bức xạ này gọi là tự phát
vì nó sảy ra hoàn toàn ngẫu nhiên không phụ thuộc vào mật độ phổ năng
lượng của bức xạ điện từ bên ngoài .
Tuy nhiên quá trình chuyển mức năng lượng này chỉ có xảy ra khi trạng
thái mà điện tử chuyển xuống trong vùng hoá trị là trống và phải tuân theo
định luật bảo toàn véc tơ sóng cũng như định luật bảo toàn năng lượng.
Chuyển mức tái hợp bức xạ cũng có thể xảy ra theo cơ chế chuyển mức thẳng

ở trong vùng hoá trị thường không trống.
Trong bán dẫn vùng cấm xiên có thể sảy ra chuyển mức tái hợp theo cơ chế
chuyển mức xiên với sự tham gia của phonon dao động mạng tinh thể. Tuy
nhiên xác suất chuyển mức xiên thường rất nhỏ vì nó đòi hỏi phải có sự tham
gia của ba hạt: điện tử, lỗ trống và phonon. Chính vì những điều vừa phân tích
Hà Nội /5/2004 - 21 - ĐHBK-
HN
Chu Minh Hải - MCX-K44 Máy đo trục máy in
trên đây trong các linh kiện phát quang thông thường chỉ sử dụng bán dẫn
vùng cấm thẳng như GaAs, GaN.
Quá trình tái hợp bức xạ chỉ xảy ra mạnh khi trên vùng dẫn có nhiều điện
tử và dưới vùng hoá trị có nhiều lỗ trống. Vì vậy ở trạng thái cân bằng tái hợp
bức xạ hầu như không xảy ra. Đối với bán dẫn riêng ở nhiệt độ thấp có rất Ýt
điện tử ở trên vùng dẫn và rất Ýt lỗ trống trong vùng hoá trị cho nên quá trình
chuyển mức của điện tử từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị là rất nhỏ. Trong bán
dẫn pha tạp đono ở nhiệt độ phòng có thể rất nhiều điện tử trong vùng bán dẫn
nhưng nồng độ lỗ trống trong vùng hoá trị rất nhỏ. Ngược lại trong bán dẫn
pha tạp axepto nồng độ lỗ trống trong vùng hoá trị có thể rất lớn, nhưng nồng
độ điện tử trong vùng dẫn lại rất nhỏ. Vì vậy chuyển mức bức xạ rất Ýt và các
photon bức xạ ra thường bị hấp thụ trở lại. Quá trình hấp thụ trở lại được gọi
là tái hấp thụ. Kết quả là trong trường hợp bán dẫn ở trong điều kiện cân bằng
quá trình bức xạ tái hợp hầu như không sảy ra. Để có được quá trình bức xạ
(phát quang ) của chất bán dẫn chúng ta phải làm cách nào đó kích thích chất
bán dẫn, đưa nó ra khỏi trạng thái cân bằng, nghĩa là làm sao để cho nồng độ
điện tử trên vùng dẫn và nồng độ trống trong vùng hoá trị vượt qúa giá trị cân
bằng của chúng nối cách khác tạo ra một nồng độ hạt dẫn dư . Quá trình tạo
nên nồng độ điện tử và lỗ trống dư đó được gọi là quá trình bơm.Quá trình
bơm có thể thực hiện bằng phương pháp quang học, nghĩa là chiếu sáng mẫu
bằng ánh sáng có
ν


∆
Ε


Hình2.5. Sơ đồ vùng năng lượng
Từ hình II.5 chóng ta nhận thấy rằng khi trong vùng dẫn có một nồng độ
điện tử lớn chiếm nhữg trạng thái thấp nhất gần cực tiểu trong một khoảng
năng lượng ∆En và trong vùng hoá trị có một nồng độ lỗ trống lớn chiếm
những giá trị trên vùng lân cận điểm cực đại trong một khoảng năng lượng
∆Ep, thì điều kiện để một photon được hấp thụ không phải hυ ≥ ∆Eg mà là:
hυ ≥ ∆Eg + ∆En + ∆Ep (2-11)
-I8
@5-0J
@5-0J
1

2
1

2
K

1

2
K


Hình 2.6. Sơ đồ LED chỉ thị

n
δ
và nồng độ lỗ trống dư
p
δ
.Tái hợp bức được
tăng cường, lớp chuyển tiếp phát sáng. đó là hiện tượng tái hợp bức xạ hay là
hiện tượng huỳnh quang. Hiện tượng tái hợp bức xạ trong các bán dẫn có
vùng cấm thẳng thường mạnh hơn rất nhiều so với bán dẫn có vùng cấm xiên
vì chuyển mức xiên có xác suất rất nhỏ so với chuyển mức thẳng và trong bán
dẫn có vùng cấm xiên quá trình tái hợp có thể sảy ra bằng các dạng chuyển
mức gián tiếp, không bức xạ.
Sự tái hợp bức xạ sảy ra trong lớp chuyển tiếp p- n chính là nguyên lý
hoạt động Điôt phát quang (LED).
Điôt phát quang chế tạo trên đế GaAs, bán dẫn vùng cấm thẳng, phát ra
ánh sáng màu đỏ, điôt phát quang chế tạo trên đế GaP,GaN, bán dẫn vùng cấm
xiên có bề rọng vùng cấm lớn hơn, phát ánh sáng màu da cam, vàng, xanh. Từ
hình II.6 chóng ta có thể thấy hiện tượng gây tổn hao ánh sáng phát quang:
Do hấp thụ tia sáng phát ra khi xiên qua lớp bán dẫn loại p. Do hiện
tượng phản xạ một phần trên bề mặt phân cách giữa không khí và lớp bán dẫn.
Do hiện tượng phản xạ toàn phần trên bề mặt phân cách. Trong cơ cấu
của diôt phát quang người ta đã thực hiện nhiều giải pháp kỹ thuật công nghệ
để làm giảm tối thiểu các tổn hao nói trên.
Độ rộng phổ của bức xạ phát ra từ diôt phát quang phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, trong đó quan trọng nhất là độ sạch của vật liệu. Với bán dẫn có độ
sạch cao, độ rộng phổ của bức xạ LED nằm trong khoảng ∆λ= (200 –300)
0
A
,
có cực đại phổ tại điểm ứng với mức năng lượng phôtôn gần bằng bề rộng

mỏng cách điện và một
điện cực.
Các photon tới bị hấp thụ bởi chất bán dẫn Si (hoặc Ge nếu đế là Ge), tách
electron ra khỏi mối liên kết với nguyên tử bởi hiệu ứng quang điện. Một dòng
điện được tạo thành có cường độ tỷ lệ thuận với thông lượng ánh sáng tơi.
Hà Nội /5/2004 - 25 - ĐHBK-
HN